Neuromodulation de l'encodage, de la consolidation et de la récupération de la mémoire. // Neuromodulation of memory encoding, consolidation, and retrieval

La prise de décision adaptative repose sur l'apprentissage des contingences action–résultat. Cela nécessite, en retour, deux processus étroitement couplés : l'encodage de l'expérience lors du comportement actif et la consolidation de ces représentations durant les états hors ligne. Au sein des réseaux hippocampo-préfrontaux, l'activité coordonnée des ensembles neuronaux et les dynamiques populationnelles émergentes, incluant le replay, les ondes aiguës-ripples, les états UP/DOWN et les oscillations gamma, sont considérées comme des mécanismes clés du transfert d'information lors de la formation, de la stabilisation et de la récupération mnésique.

Ces processus reposent sur la réorganisation plastique des circuits hippocampiques et corticaux par la formation et la modification des synapses. Les neuromodulateurs, tels que la dopamine, la noradrénaline et l'acétylcholine, jouent un rôle central dans la régulation de ces mécanismes en modulant l'excitabilité neuronale et la plasticité synaptique, tout en assurant une signalisation globale de la valence et de la saillance. De cette manière, ils peuvent orienter quelles représentations sont encodées, stabilisées ou supprimées.

Malgré des travaux approfondis sur les dynamiques de réseau et sur la neuromodulation prises séparément, leur interaction au cours du traitement mnésique demeure insuffisamment comprise. En particulier, la manière dont les neuromodulateurs façonnent la sélection, la coordination et la stabilisation à long terme des ensembles hippocampo-corticaux à travers les états comportementaux et le sommeil reste à élucider.

Ce projet teste l'hypothèse selon laquelle les neuromodulateurs fournissent des signaux instructifs temporellement précis qui régulent la formation des ensembles durant le comportement et orientent le replay ainsi que la consolidation pendant le sommeil. Pour cela, nous combinons l'électrophysiologie à grande échelle avec le suivi et la manipulation en temps réel de la libération des neuromodulateurs chez des souris librement mobiles.

Afin d'étudier les différentes étapes de la mémoire, nous avons développé une tâche originale dans laquelle les souris explorent volontairement un environnement vaste et complexe tout en recherchant des récompenses. Ce dispositif favorise la formation répétée de nouvelles associations spatiales, permettant un examen systématique de l'encodage, de la consolidation et de la récupération au sein des circuits hippocampo-corticaux.

Pour caractériser la libération des neuromodulateurs dans les régions cibles pendant le comportement et le sommeil, nous utilisons de nouveaux capteurs génétiquement encodés des neuromodulateurs, couplés à la photométrie par fibre optique. En combinant ces enregistrements avec des acquisitions simultanées multi-régions à l'aide de sondes en silicium haute densité (Neuropixels 2.0), nous pouvons analyser conjointement comment la libération des neuromodulateurs durant le comportement est corrélée à l'activité neuronale ainsi qu'à l'émergence des ensembles et des dynamiques neuronales.

Au-delà de l'observation et de la corrélation de ces phénomènes, nous cherchons à déterminer l'influence causale de la neuromodulation hippocampique sur les processus mnésiques. À cette fin, nous mettrons en œuvre des manipulations optogénétiques en boucle fermée afin d'inhiber (ou de stimuler) spécifiquement la libération des neuromodulateurs vers l'hippocampe, en utilisant une inhibition ou une excitation efficace des terminaisons axonales lors d'événements neuronaux intrinsèques (par exemple, les ripples) ou comportementaux (par exemple, la consommation de récompense).

En résumé, ce travail vise à élucider l'interaction dynamique entre les systèmes neuromodulateurs et les dynamiques des circuits neuronaux. Cette compréhension est essentielle pour décrypter les bases des comportements complexes et éclairer les mécanismes de reconfiguration pathologique des circuits dans les troubles mentaux et de l'humeur.
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Adaptive decision-making depends on learning action-outcome contingencies. This, in turn, requires two tightly coupled processes: the encoding of experience during active behavior and the consolidation of those representations during offline states. Across hippocampal–prefrontal networks, coordinated ensemble activity and emergent population dynamics, including replay, sharp-wave ripples, UP/DOWN states, and gamma oscillations, are thought to mediate information transfer during memory formation, stabilization, and retrieval.

These processes rely on the plastic re-organization of hippocampal and cortical circuits through synapse formation and modification. Neuromodulators, such as dopamine, norepinephrine, and acetylcholine, play a pivotal role in regulating these processes by modulating neuronal excitability and synaptic plasticity, while providing brain-wide signaling of valence and saliency information. In this way, they can bias which representations are encoded, stabilized, or suppressed.

Despite extensive work on network dynamics and on neuromodulation separately, their interaction during memory processing remains poorly understood. Specifically, how neuromodulators shape the selection, coordination, and long-term stabilization of hippocampal-cortical ensembles across behavioral and sleep states remains unresolved.
This project tests the hypothesis that neuromodulators provide temporally precise instructive signals that gate ensemble formation during behavior and bias replay and consolidation during sleep. To address this, we combine large-scale electrophysiology with real-time monitoring and manipulation of neuromodulator release in freely behaving mice.

To study the various stages of memory, we have developed a novel task in which mice engage in voluntarily exploration of a large complex space while foraging for rewards. This design promotes repeated formation of novel spatial associations, enabling systematic examination of encoding, consolidation, and retrieval within hippocampal-cortical circuits.

To characterize the release of neuromodulators in target regions during behavior and sleep, we use novel genetically encoded neuromodulator sensors, coupled with fiber photometry. By combining these recordings with simultaneous multi-region recordings using high-density silicon probes (Neuropixels 2.0), we can jointly analyze how neuromodulator release during behavior correlates with neuronal activity and the emergence of neuronal ensembles and dynamics.

Beyond the observation and correlation of these phenomena, we aim to address the causal influence of hippocampal neuromodulation for memory processes. Towards this goal, we will employ closed-loop optogenetic manipulations to specifically silence (or stimulate) the neuromodulator release to the hippocampus using high-efficiency axon terminal inhibition or excitation during intrinsic neuronal (e.g., ripples) or behavioral (e.g., reward consumption) events.

In summary, this work will help uncover the dynamic interplay between neuromodulatory systems and neuronal circuit dynamics. This understanding is crucial for deciphering the underpinnings of complex behaviors and elucidating the mechanisms underlying the pathological re-configuration of circuits in mental and mood disorders.
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Début de la thèse : 01/10/2026
WEB : http://www.neuronaldynamics.eu

Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)

Concours pour un contrat doctoral

Sorbonne Université SIS (Sciences, Ingénierie, Santé)

158 Cerveau, cognition, comportement

Expérience avec l'analyse de données d'expériences d'électrophysiologie in vivo De préférence, expérience avec les neuromodulateurs et l'hippocampe/le cortex préfrontal
Experience with data analysis of in vivo electrophysiology experiments Preferably , experience with neuromodulators and hippocampus/prefrontal cortex