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Doctorant H/F en Connectivité fonctionnelle du cervelet pour le contrôle moteur

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : lundi 9 août 2021

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Informations générales

Référence : UMR8197-NATBOI-080
Lieu de travail : PARIS 05
Date de publication : lundi 19 juillet 2021
Nom du responsable scientifique : Stéphane DIEUDONNE
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 septembre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Ce projet vise à comprendre comment le cervelet et les centres de commande motrice du tronc cérébral agissent ensemble pour contrôler la posture et le mouvement. Le maintien postural et la mise en œuvre de mouvements harmonieux nécessitent que la force de chaque muscle soit continuellement ajustée à l'action motrice en cours d'exécution et aux conditions externes susceptibles de l'altérer. Or, chaque muscle est contrôlé, directement ou indirectement, par un empilement de centres de commande indépendants. Le cervelet, câblé en dérivation des systèmes moteurs et sensoriels, est la seule structure se trouvant dans la position d'assurer une coordination motrice globale. D'une part le cervelet intègre des copies sensori-motrices de tout le corps et, d'autre part, projette en retour à tous les niveaux hiérarchiques du contrôle moteur. Néanmoins, les règles de connectivité entre afférences sensorielles, cervelet, et voies motrices descendantes permettant l'ajustement muscle à muscle restent à caractériser. Ce travail de thèse cherchera à analyser l'organisation fonctionnelle des neurones glutamatergiques et glycinergiques des noyaux profonds du cervelet. Nos données préliminaires indiquent que ces neurones projettent de manière organisée relativement aux microzones et aux lobules du cortex cérébelleux. Nous chercherons à déterminer les corrélats fonctionnels de cette organisation en privilégiant l'hypothèse, soutenue par des résultats précédents et nos observations en cours, selon laquelle le cervelet serait organisé fonctionnellement relativement à chaque muscle, ou à chaque groupe de muscles assurant une coordination motrice.
Le/la candidat.e combinera des marquages rétrogrades de neurones des noyaux profonds depuis les microzones corticales, avec des marquages rétrogrades viraux (en collaboration) initiés depuis un segment médullaire ou groupe de motoneurone spécifique de muscles impliqués dans le maintien postural. Cela révèlera, comment les noyaux de sortie du cervelet font l'interface entre processus d'intégration sensorielle et commande motrice. Nous faisons l'hypothèse qu'un neurone de projection du cervelet contrôle un seul groupe musculaire, mais à plusieurs niveaux hiérarchiques. Ces investigations anatomiques seront réalisées par une méthodologie combinant transparisation et imagerie de cerveaux entiers, et traçages anatomiques semi-automatisé. Cela permettra de reconstruire très précisément la position des neurones marqués, d'examiner une possible organisation somatotopique des voies révélées, de suivre les trajets axonaux de neurones individuels entre régions distantes, et de détecter des contacts synaptiques entre partenaires à l'échelle cellulaire.
En parallèle, le/la candidat.e analysera l'activité des neurones excitateurs de projection des noyaux profonds associés à une microzone corticale pendant des tâches motrices, par des méthodes inédites d'imagerie in vivo à haute résolution temporelle (voir ci-dessous). Il/elle cherchera à mettre en évidence le corrélat fonctionnel de cette activité neuronale. Par ailleurs les cibles des récurrentes axonales de ces neurones dans le cortex cérébelleux seront identifiées et les connections synaptiques caractérisées in vitro. L'activité et lafonction de ces cibles pendant le mouvement sera disséqué par imagerie de calcium ou de voltage et manipulation optogénétique in vivo.
Ce projet propose un nouveau regard sur l'architecture fonctionnelle du contrôle moteur, dont les différents acteurs, souvent étudiés indépendamment, doivent coopérer pour l'exécution de mouvements harmonieux. Ces données seront, à terme, instrumentales pour comprendre et remédier aux déséquilibres moteurs dans des conditions pathologiques affectant le cervelet ou les voies spinales ascendantes et descendantes.

Contexte de travail

L'Institut de biologie de l'ENS (IBENS) mène des recherches visant à décrypter les mécanismes fondamentaux au cœur des processus biologiques. Unité mixte ENS-CNRS-INSERM, l'IBENS accueille plus de 300 personnes regroupées en 30 équipes autonomes conduisant une recherche hautement collaborative et multidisciplinaire qui allie approches expérimentales et théoriques. L'activité de recherche couvre des champs thématiques variés : Neurosciences, Biologie du développement, Génomique fonctionnelle, Écologie et biologie de l'évolution.
Plusieurs plateformes technologiques, notamment en imagerie, génomique, protéomique et bio-informatique sont à la disposition des chercheurs. Les recherches menées à l'IBENS bénéficient des interactions avec d'autres disciplines présentes à l'ENS (physique, chimie, sciences cognitives, mathématiques). L'IBENS est activement impliqué dans la formation des étudiants et jeunes chercheurs à tous les niveaux.
L'équipe d'accueil « Transmission inhibitrice et calcul neuronal », dirigée par Séphane Dieudonné comprend 5 chercheurs statutaires, 1 assistante ingénieure, 2 chercheurs postdoctorants et 3 étudiants en thèse.
L'objectif de l'équipe est d'étudier les opérations effectuées par le microcircuit du cervelet et de comprendre comment elles participent à la genèse d'une commande motrice ajustée et coordonnée. Après deux décennies dédiées à la dissection cellulaire, moléculaire et fonctionnelle des types neuronaux constituant le microcircuit cérébelleux, les travaux de l'équipe portent maintenant principalement sur l'étude de l'activité de ces types neuronaux chez l'animal éveillé lors de la réalisation de tâches motrices. A cette fin, l'équipe a développé des méthodes optiques de rupture telles que la microscopie biphotonique d'accès aléatoire, qui a permis pour la première fois d'enregistrer optiquement le potentiel de membrane d'un neurone en profondeur grâce aux indicateurs de voltage génétiquement encodés développés récemment.
Le/la candidat.e travaillera en étroite collaboration avec Jonathan Bradley (CR1 INSERM) et Stéphane Dieudonné (DR2 INSERM), particulièrement pour tous les aspects du travail concernant les approches génétiques et le traçage morpho-fonctionnel des connections neuronales dans le cerveau entier. Il interagira également avec Vincent Villette (CR1 CNRS) pour les aspects concernant le comportement et l'imagerie in vivo et avec Aurélien Gouhier (Doctorant) pour les aspects concernant l'analyse quantitative du mouvement. Le projet de thèse est financé par une ANR en collaboration avec l'équipe de Julien Bouvier, qui apportera son expertise et sa contribution pour ce qui est de l'organisation génétique et fonctionnelle des circuits moteurs du tronc cérébral et de la moelle épinière, ainsi que pour les stratégies de traçage viral.

Contraintes et risques

Le/la candidat.e devra avoir une formation solide en neurosciences cellulaires et des systèmes et une pratique du travail expérimental dans ce domaine. Des connaissances en neurosciences théorique et computationnelles ou en imagerie sont un plus. Une connaissance et une pratique des langages de programmation (Matlab, Python) sera appréciée.

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