Thèse Activité Spontanée du « Système Visuel » d'Un Poisson Cavernicole Aveugle H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Ecole normale supérieure - PSL École doctorale : Sciences du Vivant Laboratoire de recherche : Institut de Biologie de l'École Normale Supérieure Direction de la thèse : German SUMBRE ORCID 0000000344366840 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 La manière dont la dynamique des circuits neuronaux évolue pour s'adapter à de nouveaux environnements constitue une question majeure en évolution et en neurosciences. L'espèce *Astyanax mexicanus* comprend une population de surface (fluviale) et 29 populations cavernicoles distinctes ayant évolué indépendamment pendant plus de 20000 ans sous différentes contraintes évolutives, ce qui en fait un modèle idéal pour étudier l'évolution. Les poissons cavernicoles ont perdu la vision, la pigmentation et la capacité de dormir. Ils possèdent davantage de papilles gustatives et de neuromastes, un métabolisme plus lent et des comportements différents. Malgré près d'un siècle de recherche en évolution, on ignore encore comment les circuits neuronaux des poissons cavernicoles se sont adaptés aux nouvelles contraintes environnementales.

Nous avons récemment découvert que le toit optique, principal centre visuel chez les poissons, est toujours présent et actif chez les poissons cavernicoles, bien qu'il soit dépourvu des inputs rétiniennes (Lloyd et al., 2022). De plus, le toit optique réagit aux courants d'eau autour de la tête (ligne latérale antérieure, données non publiées). Des études antérieures menées en laboratoire ont montré que l'activité spontanée du toit optique présente des schémas de connectivité fonctionnelle adaptés à l'amélioration de la détection visuelle et fonctionne dans un régime critique qui optimise le décodage visuel (Romano et al., 2015; Pietri et al., 2017; Ponce et al., 2018; Privat et al., 2024).

Dans le cadre du projet proposé, l'étudiant étudiera l'activité spontanée du toit optique des poissons cavernicoles et la comparera à celle des poissons de surface, afin d'appréhender l'adaptation évolutive de la connectivité fonctionnelle et de la criticité du toit optique.

Objectifs:

Objectif 1) Adaptation évolutive de la connectivité fonctionnelle du toit optique.

L'étudiant cherchera à déterminer si la connectivité fonctionnelle du toit optique chez les poissons cavernicoles s'est adaptée pour améliorer le traitement sensoriel de la ligne latérale antérieure. Les assemblées neuronales sont-elles sensibles aux réponses de la ligne latérale induites par les proies? Les assemblages neuronaux présentent-ils encore une dynamique de type attracteur, semblable à celle observée dans le système visuel (activations tout-ou-rien, interactions de type «winne-takes-all» et complétion de motifs)? Bien que les entrées de ces assemblages diffèrent, leurs sorties sont-elles conservées entre les poissons de surface et les poissons cavernicoles?

Objectif 2) Adaptation évolutive de la criticité dans le tectum optique.

Il a été proposé que la dynamique critique élargisse le répertoire cérébral des modes spatiaux, temporels et d'interaction, permettant une adaptation flexible aux environnements complexes et changeants (Chialvo 2010; Hidalgo et al. 2015), ce qui suggère que la complexité de l'activité cérébrale émerge de l'adaptation à la complexité environnementale. Étant donné que les poissons cavernicoles vivent dans des environnements très prévisibles (petites grottes sans courant d'air, sans lumière ni prédateurs, et avec très peu de nourriture), nous étudierons si l'évolution a adapté la dynamique du toit optique d'un régime critique à un régime plus ordonné.

Le projet proposé fait appel à la biologie évolutive, à la génétique, aux neurosciences systémiques et à la modélisation théorique. Ce projet requiert des techniques de pointe, notamment l'imagerie calcique par feuille de lumière biphotonique, des poissons transgéniques, l'optogénétique, l'analyse comportementale quantitative et un cadre théorique normatif fondé sur le codage optimal.

Dans l'ensemble, ce projet permettra de mieux comprendre les principes utilisés par l'évolution pour adapter le cerveau des poissons cavernicoles face aux changements environnementaux drastiques. How the dynamics of neural circuits evolve to adapt to new environments is an important open question for evolution and neuroscience. The Astyanax mexicanus consists of a surface (river) population and 29 different cave populations that independently evolved for more than 20,000 years under different evolutionary constraints, and thus represent an ideal model to study evolution. Cavefish lost vision, pigmentation and sleep. They have more taste buds, more neuromasts, slower metabolism, and different behaviors. Despite ~100 years of evolution research, little is known about how cavefish neuronal circuits adapted to the new environmental constraints. Understanding the principles used by evolution to adapt the function of neural circuits to cope with drastic changes in the environment. Two-photon calcium imaging, optogenetics, behavioural essays, analysis of high dimensional datasets

Expertise en neurosciences computationelles