Comment le cerveau traite-t-il les informations tactiles transmises par les outils manipulés ? Lorsque l'on mange avec une fourchette, la position et la texture des aliments sont ressenties au bout de la fourchette, comme si la fourchette faisait partie de notre corps. Cela illustre la remarquable capacité du cerveau à étendre nos capteurs tactiles au-delà de notre corps physique, jusqu'aux outils que nous utilisons. De plus, le cerveau peut s'adapter avec souplesse à l'utilisation de différents outils, par exemple une fourchette de forme différente, ou des outils complètement nouveaux tels que des baguettes. Cela souligne l'adaptabilité et la plasticité du substrat neuronal impliqué dans l'utilisation d'outils.

Malgré la prévalence de la sensation tactile médiée par des outils dans la vie quotidienne, les processus neuronaux sous-jacents restent largement inconnus. Cette lacune est due en grande partie au fait que la plupart de nos connaissances sur ce sujet proviennent d'études sur les primates humains et non humains, qui sont souvent limitées par des considérations aussi bien éthiques que techniques. Pour surmonter cette limitation, nous utiliserons pour cette étude des souris, un modèle animal non conventionnel pour la recherche expérimentale sur l'utilisation d'outils. Les vibrisses sont des organes sensoriels non neuronaux et servent d'outils innés aux rongeurs. De plus, mon équipe a récemment mis au point une nouvelle approche, les 'vibrisses prothétiques', des vibrisses artificielles qui remplacent les vibrisses innées de la souris, offrant ainsi une occasion unique d'examiner les processus neuronaux impliqués dans l'utilisation adaptative d'outils.

Ce projet de doctorat vise à élucider les mécanismes neuronaux sous-jacents au traitement tactile adaptatif lorsque les souris passent de l'utilisation de leurs vibrisses naturelles à des vibrisses modifiées—soit taillées, courbées en différentes formes ou remplacées par des vibrisses prothétiques. Nous nous intéressons particulièrement au rôle de la couche 1 du cortex somatosensoriel primaire, une zone cruciale pour l'intégration des informations somatosensorielles avec la rétroaction des zones corticales d'ordre supérieur, impliquées dans l'utilisation d'outils. En tirant parti des techniques de pointe disponibles pour la recherche chez la souris, y compris l'imagerie bi-photonique chronique in vivo et les outils génétiques, cette étude explorera les mécanismes cellulaires et circuits neuronaux qui soutiennent la perception tactile adaptatif en réponse aux changements de configurations des vibrisses. Les connaissances acquises amélioreront notre compréhension de la base neuronale de la perception tactile à l'aide d'outils. De plus, cette recherche peut avoir des implications pour d'autres domaines de recherche, par exemple en ouvrant la voie à la conception de neuroprothèses dotées de capacités de détection tactile améliorées.
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How does the brain process tactile information through hand-held tools? When eating with a fork, the position and texture of the food is felt at the tip of the fork, as if the fork were part of our body. This illustrates the remarkable ability of the brain to extend our tactile sensors beyond our physical body into the tools we use. Furthermore, the brain can flexibly adapt to using different tools, for example, a fork with a different shape, or entirely different tools such as chopsticks. This underscores the adaptability and plasticity of the neural substrate involved in tool use.

Despite the prevalence of tool-based tactile sensing in daily life, the underlying neuronal processes remain largely unknown. This gap is due in large part to the fact that most of our knowledge on this topic comes from human and non-human primate studies, which are often constrained by ethical and technical considerations. To overcome this limitation, for this study, we will use mice, an animal model unconventional for the tool-use experiment. Whiskers are themselves a non-neuronal sensory organ, and serve as innate tools for rodents. Furthermore, my team recently developed a novel approach, “prosthetic whiskers,” artificial whiskers that replace the mouse's innate whiskers, providing a unique opportunity to examine neuronal processes involved in adaptive tool use.

This PhD project focuses on elucidating the neuronal mechanisms underlying adaptive tactile processing as mice transition from using their natural whiskers to modified whiskers—either trimmed, bent into different shapes, or replaced with prosthetic whiskers. We are particularly interested in the role of layer 1 of the primary somatosensory cortex, a crucial area for integrating somatosensory information with feedback from higher-order cortical areas implied in tool use. By taking full advantage of state-of-the-art techniques available for mouse research, including in vivo chronic two-photon imaging and genetic tools, the proposed study seeks to the cellular and circuit neurophysiological mechanisms that support adaptive tactile sensing in response to changes in whisker configurations. The insights gained will enhance our understanding of the neural basis of tool-based tactile sensing. Furthermore, this research may have implications for other research areas, for example, paving the way for the design of neuroprosthetics with enhanced tactile sensing capabilities.
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://www.iins.u-bordeaux.fr/TAKAHASHI

Funding category:

Contrat doctoral libre