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One of the most excruciating cognitive problems observed in patients with Alzheimer's disease (AD) is their inability to recognize others. To date, the neural mechanisms underlying this form of memory, called social memory, are partly unknown. This cognitive function requires the integration of numerous sensory information and elaborated memory processes, suggesting that the hippocampal circuit may be involved. Very recently, the area CA2 sub-region of the hippocampus, has aroused a great deal of interest, particularly in its major involvement in the processing of social memory. For the hippocampus to function properly, the balance between excitation and inhibition is essential. The area CA2 has the particularity of exhibiting a very high density of inhibitory parvalbumin (PV) interneurons which express unique properties. In patients and mouse models (Tg2576) of AD, dysfunction of PV interneurons leads to abnormal activity of the hippocampal neural network. Furthermore, this alteration of PV interneurons in the CA2 area is associated with the reduction of their extracellular matrix called perineuronal net (PNN). In this thesis, we hypothesized that PNNs around PV neurons are necessary for social memory and that their disappearance in the area CA2 is responsible for the social memory deficit observed in AD. Indeed, we show that the alteration of PNN around PV neurons in the area CA2 is sufficient to induce specific alterations in social memory in healthy mice. On the other hand, a specific improvement of social memory capacities is obtained in AD mice by stimulating the formation of PNNs in the area CA2. Finally, we report that Tg2576 mice exhibit an aberrant brain activity during a social task and this perturbation may be dependent on the disappearance of PNNs in the area CA2. Thus, our results reveal that the area CA2 of the hippocampus plays a major role in the social memory deficits associated with AD. Our work also identifies PV neurons and their extracellular matrix, the PNN, as crucial elements in the formation of social memory., Parmi les troubles cognitifs observés chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer (MA), l'un des plus perturbant est leur incapacité à reconnaître leurs proches. À ce jour, les mécanismes neuronaux qui sous-tendent cette forme de mémoire, la mémoire sociale, sont en partie méconnus. Cette fonction cognitive nécessite l'intégration de nombreuses informations sensorielles et des processus mnésiques élaborés, suggérant que le circuit hippocampique pourrait être impliqué. Très récemment, l'aire CA2, une sous-région hippocampique a suscité beaucoup d'intérêt notamment dans son implication majeure dans la mémoire sociale. Pour que l'hippocampe fonctionne correctement, l'équilibre entre excitation et inhibition est essentiel. L'aire CA2 a la particularité de posséder une très forte densité d'interneurones inhibiteurs à parvalbumine (PV) qui présentent des propriétés uniques. Chez les patients et des souris modèles (Tg2576) de la MA, le dysfonctionnement des interneurones PV conduit à une activité anormale du réseau neuronal hippocampique. Par ailleurs, cette altération des interneurones PV dans l'aire CA2 est associée à la réduction de leur matrice extracellulaire ou perineuronal net (PNN). Au cours de cette thèse, nous avons testé l'hypothèse selon laquelle les PNN autour des neurones PV de l'aire CA2 seraient nécessaires à la mémoire sociale et que leur disparition participerait aux déficits observés dans la MA. Dans ce travail, nous montrons que l'altération des PNN autour des neurones PV de l'aire CA2 suffit à induire des altérations spécifiques de la mémoire sociale chez des souris saines. D'autre part, une amélioration spécifique des capacités de mémoire sociale est obtenue chez les souris modèles de la MA en stimulant la formation des PNN dans l'aire CA2. Enfin, nous rapportons que les souris Tg2576 présentent une activité cérébrale aberrante lors d'une tâche sociale, et cette perturbation semble être dépendante de la disparition des PNN de l'aire CA2. Ainsi, nos résultats révèlent que l'aire CA2 de l'hippocampe joue un rôle prépondérant dans les déficits de mémoire sociale associés à la MA. Nos travaux identifient également les neurones PV et leur matrice extracellulaire, le PNN, comme des éléments cruciaux de la formation de la mémoire sociale.

Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder inducing cognitive dysfunction, in particular memory loss. The use of murine models of AD have highlighted alterations of the neural activity of hippocampal and cortical networks leading to alteration of brain oscillations and spontaneous epileptic activities. Interestingly, it has also been found in AD patients and AD mice that GABAergic interneurons expressing parvalbumin (PV) are dysfunctioning, inducing a decrease in gamma oscillations associated with cognitive deficit. Thus, we hypothesized that Tg2576 mice exhibit progressive alteration of PV interneurons, and their specific extracellular matrix (PNN). These would induce aberrant cerebral activity (hypersynchrony, alteration of gamma oscillations and their association with theta oscillations) sustaining cognitive deficits. This work demonstrates that Tg2576 mice exhibit an alteration of gamma power during a cognitive task. On the other hand, the specific activation of PV neurons allows the generation of gamma oscillation in our anesthetized mice, however we haven't been able to try enhancing gamma during a cognitive task. We have also observed a decrease in the number of hippocampal PV neurons and their PNN at an early age of pathology, which can be restored by a transient stay in an enriched environment. Finally, we demonstrate that Tg2576 mice exhibit epileptiform activities, particularly during paradoxical sleep (PS), as well as an alteration of gamma oscillations and their coupling with theta oscillations during PS, as early as 1.5 months of age. Thus, these results allow to better characterize the impact of AD on PV neurons and the oscillatory phenomena associated with their function.; La maladie d'Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative induisant des troubles cognitifs, et particulièrement des troubles de la mémoire. L'utilisation des souris modèles de la MA a permis de mettre en évidence des altérations de l'activité des réseaux neuronaux hippocampiques et corticaux qui seraient à l'origine des troubles cognitifs. Ainsi,les patients atteints de la MA et des souris transgéniques modèles de la pathologie ont un dysfonctionnement des interneurones exprimant la parvalbumine (PV), à l'origine de la perturbation des oscillations gamma et des troubles cognitifs. Au cours de cette thèse, nous avons fait l'hypothèse que les souris Tg2576, modèles de la MA, présentent une altération progressive des interneurones PV, et de leur matrice extracellulaire spécifique, les PNN. Cela aurait pour conséquence une altération de l'activité cérébrale (hypersynchronie, perturbation de la puissance des oscillations gamma et de leur couplage avec les oscillations thêta), qui sous-tendrait les troubles cognitifs. Ce travail a permis de montrer que les souris Tg2576 présentent effectivement des perturbations des oscillations gamma au cours d'une tâche cognitive. D'autre part, l'activation spécifique des neurones PV par optogénétique permet la génération d'oscillations gamma chez nos souris anesthésiées. Cependant nous n'avons pas pu combiner cette approche à la réalisation tâche cognitive. Nous avons par ailleurs observé une diminution du nombre de neurones PV hippocampiques et de leur PNN à un âge précoce de la pathologie, qui peut toutefois être restauré par un séjour transitoire dans un environnement enrichi. Enfin nous avons mis en évidence que les souris Tg2576 présentent des activités épileptiformes particulièrement au cours du sommeil paradoxal (SP), ainsi qu'une perturbation des oscillations gamma et de leur couplage avec les oscillations thêta dès l'âge de 1.5 mois pendant le SP. Ainsi, les travaux de cette thèse permettent de mieux caractériser l'impact de la MA sur les neurones PV et sur les phénomènes oscillatoires associés à leur fonction.

Alzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disorder inducing cognitive dysfunction, in particular memory loss. The use of murine models of AD have highlighted alterations of the neural activity of hippocampal and cortical networks leading to alteration of brain oscillations and spontaneous epileptic activities. Interestingly, it has also been found in AD patients and AD mice that GABAergic interneurons expressing parvalbumin (PV) are dysfunctioning, inducing a decrease in gamma oscillations associated with cognitive deficit. Thus, we hypothesized that Tg2576 mice exhibit progressive alteration of PV interneurons, and their specific extracellular matrix (PNN). These would induce aberrant cerebral activity (hypersynchrony, alteration of gamma oscillations and their association with theta oscillations) sustaining cognitive deficits. This work demonstrates that Tg2576 mice exhibit an alteration of gamma power during a cognitive task. On the other hand, the specific activation of PV neurons allows the generation of gamma oscillation in our anesthetized mice, however we haven't been able to try enhancing gamma during a cognitive task. We have also observed a decrease in the number of hippocampal PV neurons and their PNN at an early age of pathology, which can be restored by a transient stay in an enriched environment. Finally, we demonstrate that Tg2576 mice exhibit epileptiform activities, particularly during paradoxical sleep (PS), as well as an alteration of gamma oscillations and their coupling with theta oscillations during PS, as early as 1.5 months of age. Thus, these results allow to better characterize the impact of AD on PV neurons and the oscillatory phenomena associated with their function., La maladie d'Alzheimer (MA) est une maladie neurodégénérative induisant des troubles cognitifs, et particulièrement des troubles de la mémoire. L'utilisation des souris modèles de la MA a permis de mettre en évidence des altérations de l'activité des réseaux neuronaux hippocampiques et corticaux qui seraient à l'origine des troubles cognitifs. Ainsi,les patients atteints de la MA et des souris transgéniques modèles de la pathologie ont un dysfonctionnement des interneurones exprimant la parvalbumine (PV), à l'origine de la perturbation des oscillations gamma et des troubles cognitifs. Au cours de cette thèse, nous avons fait l'hypothèse que les souris Tg2576, modèles de la MA, présentent une altération progressive des interneurones PV, et de leur matrice extracellulaire spécifique, les PNN. Cela aurait pour conséquence une altération de l'activité cérébrale (hypersynchronie, perturbation de la puissance des oscillations gamma et de leur couplage avec les oscillations thêta), qui sous-tendrait les troubles cognitifs. Ce travail a permis de montrer que les souris Tg2576 présentent effectivement des perturbations des oscillations gamma au cours d'une tâche cognitive. D'autre part, l'activation spécifique des neurones PV par optogénétique permet la génération d'oscillations gamma chez nos souris anesthésiées. Cependant nous n'avons pas pu combiner cette approche à la réalisation tâche cognitive. Nous avons par ailleurs observé une diminution du nombre de neurones PV hippocampiques et de leur PNN à un âge précoce de la pathologie, qui peut toutefois être restauré par un séjour transitoire dans un environnement enrichi. Enfin nous avons mis en évidence que les souris Tg2576 présentent des activités épileptiformes particulièrement au cours du sommeil paradoxal (SP), ainsi qu'une perturbation des oscillations gamma et de leur couplage avec les oscillations thêta dès l'âge de 1.5 mois pendant le SP. Ainsi, les travaux de cette thèse permettent de mieux caractériser l'impact de la MA sur les neurones PV et sur les phénomènes oscillatoires associés à leur fonction.