Titre du projet de thèse / Title of the PhD thesis project :
Circuits cérébraux de la mémoire chez un céphalopode. Brain circuits involved in memory in a cephalopod species
Unité de recherche / Research Unit :
UMR 6552 CNRS ETHOS, Université de Caen Normandie
Direction de thèse proposée / proposed PhD mentor(s) :
Cécile BELLANGER et Christelle JOZET-ALVES
Sujet de la thèse / Subject of the PhD thesis (english see below):
Pour comprendre l’évolution des capacités cognitives, il reste crucial de déterminer quels aspects des processus cognitifs sont partagés entre les espèces, mais aussi de comparer similitudes et différences entre les substrats neuronaux sous-jacents.
Pour une telle approche comparative et neurobiologique de la cognition, les céphalopodes semblent être des espèces très prometteuses : i) ils possèdent des structures cérébrales très différentes de celles des vertébrés ; ii) ils présentent des capacités cognitives extraordinairement sophistiquées qui sont apparues indépendamment de la lignée des vertébrés. Différents types de mémoire ont été mis en évidence chez les céphalopodes : empreinte1, mémoires associative2, de travail, spatiale3 et de type épisodique4. Sur la base d’études antérieures (approches lésionnelles5,6, histochimiques7 ou électrophysiologiques8), le complexe du lobe vertical (VLc) est considéré comme un circuit cérébral clé des processus d’apprentissage et de mémoire. Néanmoins, l’activation spatiale et temporelle du VLc au cours de la mémorisation et du rappel reste inconnue ainsi que sa spécificité par rapport à un type de mémoire particulier. Nous proposons donc d’aborder ces questions chez la seiche en étudiant l’expression de gènes précoces immédiats (IEG) connus pour être impliqués dans les processus mnésiques. Le projet de thèse sera subdivisé en 3 parties consécutives :
1) Localiser les zones cérébrales activées lors de la mémorisation d’un paradigme simple (ex : mémoire associative).
2) Évaluer les changements dynamiques de l’activation du cerveau liés aux différentes étapes de de la mémorisation (acquisition, consolidation et rappel).
3) Comparer les réseaux neuronaux activés par différents types de mémoire.
Ce projet s’inscrit dans la continuité d’une collaboration récente sur la détection d’IEG par hybridation in situ entre EthoS et l’UMR BOREA (Muséum National d’Histoire Naturelle). Il est complémentaire d’un projet de recherche déjà financé (ANR COMETT ; 2019-2022 ; PI : C. Jozet-Alves) qui prendra en charge le coût des expériences.
To understand the evolution of cognitive abilities, it remains crucial to determine what aspects of cognitive processes are shared among species, but also to compare the similarities and differences between underlying neural substrates.
In this comparative framework, cephalopods appear to be highly promising species to study the neurobiology of cognition: i) they possess markedly different brain structures than vertebrates; ii) they exhibit extraordinarily sophisticated cognitive abilities which have arisen independently of the vertebrate lineage. Different types of memory have been evidenced in cephalopods: i.e. imprinting1, associative memory2, working memory, spatial memory3, episodic-like memory4. Based on previous studies (lesional5,6, histochemical7 or electrophysiological8 approaches), the vertical lobe complex (VLc) is considered as a key brain circuit of the learning and memory systems. Nevertheless, the spatial and temporal activation of the VLc during memory formation and recall as well as its specificity toward a memory type remain unknown. Thus, we propose to address these issues in the cuttlefish by assessing the expression of immediate early genes (IEG) known to be involved in memory processes. The PhD project will be subdivided into 3 consecutive parts:
1. Mapping the brain regions activated during memory formation in a simple paradigm (e.g. associative memory)
2. Assessing the dynamic changes in brain activation related to the different steps of learning and memory formation (i.e. acquisition, consolidation and recall).
3. Comparing activated neural networks driven by different types of memory.
This project will be the continuity of a recent collaboration on IEG detection through in situ hybridization between EthoS and BOREA research unit (Muséum National d’Histoire Naturelle) and is complementary to a funded research project (ANR COMETT; 2019-2022; PI: C. Jozet-Alves) that will support the experimental costs.
Expérience et formation souhaitée du candidat / Experience and education desired for the applicant :
Le·a candidat·e devra avoir une formation en Neurobiologie et potentiellement en Expérimentation animale. Il est souhaitable qu’il/elle ait de bonnes notions (expérience) sur la cognition et l’étude du comportement animal.
The candidate should have a background in Neurobiology and potentially in Animal Experimentation. A good knowledge (experience) of Cognition and the study of Animal Behavior is recommended.
Contacts / Contacts :
cecile.bellanger@unicaen.fr (Tél. : 02 31 56 68 79) christelle.alves@unicaen.fr (Tél. : 02 31 56 68 78)
References : 1. Darmaillacq AS, Chichery R, Dickel L. Food imprinting, new evidence from the cuttlefish Sepia officinalis. Biol Lett. 2006;2(3):345 ; 2. Cartron L, Darmaillacq A-S, Dickel L. The “prawn-in-the- tube” procedure: What do cuttlefish learn and memorize? Behav Brain Res. 2013;240:29–32. doi:10.1016/j.bbr.2012.11.010 ; 3. Alves C, Chichery R, Boal JG, Dickel L. Orientation in the cuttlefish Sepia officinalis: response versus place learning. Anim Cogn. 2006;10(1):29–36. doi:10.1007/s10071- 006-0027-6 ; 4. Jozet-Alves C, Bertin M, Clayton NS. Evidence of episodic-like memory in cuttlefish. Curr Biol. 2013;23(23):R1033–R1035. doi:10.1016/j.cub.2013.10.021; 5. Graindorge N, Jozet-Alves C, Chichery R, Dickel L, Bellanger C. Does kainic acid induce partial brain lesion in an invertebrate model: Sepia officinalis? Comparison with electrolytic lesion. Brain Res. 2008;1238:44–52. doi:10.1016/j.brainres.2008.08.002 ; 6. Graindorge N, Alves C, Darmaillacq A-S, Chichery R, Dickel L, Bellanger C. Effects of dorsal and ventral vertical lobe electrolytic lesions on spatial learning and locomotor activity in Sepia officinalis. Behav Neurosci. 2006;120(5):1151–1158. doi:10.1037/0735- 7044.120.5.1151 ; 7. Agin V, Chichery R, Chichery MP. Effects of learning on cytochrome oxidase activity in cuttlefish brain. Neuroreport. 2001;12(1):113-116 ; 8. Shomrat T, Graindorge N, Bellanger C, Fiorito G, Loewenstein Y, Hochner B. Alternative Sites of Synaptic Plasticity in Two Homologous “Fan-out Fan- in” Learning and Memory Networks. Curr Biol. 2011;21(21):1773–1782. doi:10.1016/j.cub.2011.09.011