Philippe Isope (DR1, HDR)
Le cervelet joue un rôle central dans le contrôle et l'apprentissage moteur des mouvements complexes ainsi que dans le timing précis de toutes nos actions. Le cortex cérébelleux est organisé en modules biochimiquement et fonctionnellement identifiables. Notamment, les cellules de Purkinje appartiennent à plusieurs classes qui forment un réseau de bandes parasagittales appelées Zébrines. Les études fonctionnelles ont démontré que certains modules pouvaient être associés à des tâches spécifiques.Le but de nos travaux est (1) d'identifier les modes opératoires qui régissent l'organisation synaptique fonctionnelle des modules cérébelleux, (2) de comprendre comment les microcircuits cérébelleux influencent la coordination motrice et le séquençage des actions.
Nos questions sont les suivantes:
Comment les informations spatiales et temporelles sont-elles traitées dans le cortex cérébelleux ?
Comment le cervelet communique-t-il avec les autres régions du cerveau?
Pour répondre à ces questions, nous combinons les approches électrophysiologiques in vitro et in vivo (animal éveillés) à des techniques d'imagerie et l'optogénétique sur des modèles murins.
Membres
Théo Gagneux (Doctorant)
J'étudie l'organisation fonctionnelle dans le cortex cérébelleux pour comprendre comment le cervelet contrôle la coordination et l’adaptation motrice. En combinant les techniques de photostimulation et de patch-clamp sur tranches de cervelet, j’établis des cartes synaptiques entre les cellules granulaires et les autres types cellulaires du cortex cérébelleux dont les cellules de Purkinje et les interneurones de la couche moléculaire. Je cartographie ces voies chez des souris naïves ou entraînées afin de déterminer si une altération du comportement moteur induit une réorganisation des cartes synaptiques.
Pierre LeCabec (Doctorant)
La prédiction temporelle est un aspect critique de la plupart des comportements. Cette recherche se concentre sur l'étude de la communication entre le cortex préfrontal et le cervelet, deux structures clé pour la prédiction temporelle. En utilisant des enregistrements électrophysiologiques multiunitaires lors de tâches comportementales exigeant une prédiction temporelle précise, j’étudie les mécanismes régissant la prédiction des événements.
Jérôme Wandhammer (Doctorant)
J’étudie l’hétérogénéité fonctionnelle des cellules granulaires (CG). Pour cela, j’exprime des opsines dans des clones de CG à différents moments du développement du cervelet, ou bien dans les afférences moussues. J’utilise des techniques d’électroporations in vivo ou des injections virales dans des souris génétiquement modifiées. Nous combinons l’activation optogénétique structurée sur tranches aigues de cervelet avec l’enregistrement en patch-clamp de cellules de Purkinje, afin de déterminer les propriétés synaptiques des différents groupes de CG.
Rajat Chandra Mishra (Doctorant)
Je suis doctorant en neurosciences computationnelles sous la direction du Dr Philippe Isope et du Dr Arvind Kumar. J’étudie le rôle de la connectivité bidirectionnelle entre les noyaux gris centraux (BG) et le cervelet (CB) sur le contrôle moteur. Les dysfonctionnements dans ces régions ont été associés à des troubles moteurs comme la maladie de Parkinson et la dystonie, et il a été constaté que les symptômes peuvent être atténués en coupant les connexions BG-CB ou en stimulant le CB. Mon projet vise à modéliser la communication BG-CB à l'aide d'outils issus de la théorie des systèmes dynamiques, de la physique statistique et de la théorie des probabilités. Le projet est financé par l'Institut d'études avancées de l'Université de Strasbourg (USIAS). Pour plus de détails : Page Web USIAS du projet. https://www.usias.fr/fellows/fellows-2022/arvind-kumar/
Christopher Small (Post-Doctorant)
J'ai effectué mon doctorat à l'Institut du cerveau du Queensland à Brisbane, en Australie. Mon projet porte sur la maturation du cervelet, une partie du cerveau qui contrôle une multitude de tâches motrices et non motrices. J'étudie notamment les propriétés fonctionnelles des cellules granulaires qui intègrent les informations sensorimotrices des fibres moussues. Mon projet s'appuie sur la microscopie à deux photons, l'électrophysiologie et l'imagerie confocale sur des tranches de cervelet de souris pour déterminer comment les cellules granulaires établissent leurs connexions au cours des premiers stades du développement. Le projet explore notamment les facteurs qui définissent les propriétés fonctionnelles des cellules granulaires.
Collaborations
- Fekrije Selimi (Collège de France, Paris)
- Daniela Popa et Clément Léna (IBENS, Paris)
- Cathie Ventalon (IBENS, Paris)
- David Digregorio (Pasteur, Paris)
- Jean Livet (Institut de la Vision, Paris)
- Emmanuel Beaurepaire (Ecole Polytechnique, Paris-Saclay)
- Arvind Kumar (KTH, Suède)
Publications Choisies
- Binda F, Spaeth L, Kumar A, Isope P. Excitation and Inhibition Delays within a Feedforward Inhibitory Pathway Modulate Cerebellar Purkinje Cell Output in Mice. J Neurosci. 2023 Aug 16;43(33):5905-5917. doi: 10.1523/JNEUROSCI.0091-23.2023. Epub 2023 Jul 26. PMID: 37495382; PMCID: PMC10436687.
- Spaeth L, Bahuguna J, Gagneux T, Dorgans K, Sugihara I, Poulain B, Battaglia D, Isope P. Cerebellar connectivity maps embody individual adaptive behavior in mice. Nat Commun. 2022 Jan 31;13(1):580. doi: 10.1038/s41467-022-27984-8.
- González-Calvo I, Iyer K, Carquin M, Khayachi A, Giuliani FA, Sigoillot SM, Vincent J, Séveno M, Veleanu M, Tahraoui S, Albert M, Vigy O, Bosso-Lefèvre C, Nadjar Y, Dumoulin A, Triller A, Bessereau JL, Rondi-Reig L, Isope P, Selimi F. Sushi domain-containing protein 4 controls synaptic plasticity and motor learning. eLife. 2021 Mar 4;10:e65712
- Straub I, Witter L, Eshra A, Hoidis M, Byczkowicz N, Maas S, Delvendahl I, Dorgans K, Savier E, Bechmann I, Krueger M, Isope P, Hallermann S. Gradients in the mammalian cerebellar cortex enable Fourier-like transformation and improve storing capacity. eLife. 2020 Feb 5;9:e51771. doi: 10.7554/eLife.51771.
- Özcan OO, Wang X, Binda F, Dorgans K, De Zeeuw CI, Gao Z, Aertsen A, Kumar A, Isope P. Differential Coding Strategies in Glutamatergic and GABAergic Neurons in the Medial Cerebellar Nucleus. J Neurosci. 2020 Jan 2;40(1):159-170.
- Dorgans K, Demais V, Bailly Y, Poulain B, Isope P, Doussau F. Short-term plasticity at cerebellar granule cell to molecular layer interneuron synapses expands information processing. eLife. 2019 May 13;8. pii: e41586.
- Grangeray-Vilmint A, Valera AM, Kumar A, Isope P. Short-Term Plasticity Combines with Excitation-Inhibition Balance to Expand Cerebellar Purkinje Cell Dynamic Range. J Neurosci. 2018 May 30;38(22):5153-5167.
- Doussau F, Schmidt H, Dorgans K, Valera AM, Poulain B, Isope P. Frequency-dependent mobilization of heterogeneous pools of synaptic vesicles shapes presynaptic plasticity. eLife 2017 Oct 9;6. pii: e28935.
- Valera AM, Binda F, Pawlowski SA, Dupont JL, Casella JF, Rothstein JD, Poulain B, Isope P. Stereotyped spatial patterns of functional synaptic connectivity in the cerebellar cortex eLife. 2016 Mar 16;5. pii: e09862.
- Proville RD, Spolidoro M, Guyon N, Dugué GP, Selimi F, Isope P, Popa D, Léna C. Cerebellum involvement in cortical sensorimotor circuits for the control of voluntary movements. Nat Neurosci. 2014 Sep;17(9):1233-9.
- Chaumont J, Guyon N, Valera AM, Dugué GP, Popa D, Marcaggi P, Gautheron V, Reibel-Foisset S, Dieudonné S, Stephan A, Barrot M, Cassel JC, Dupont JL, Doussau F, Poulain B, Selimi F, Léna C, Isope P. Clusters of cerebellar Purkinje cells control their afferent climbing fiber discharge. PNAS. 2013 Oct 1;110(40):16223-8.
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