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Microglial cells are a population of specialized macrophages residing in the CNS only. They have long been studied solely under pathological contexts and were thought to be active only upon homeostatic disturbance following a brain lesion. However, over the last decade, they have been increasingly recognized to be essential players in the physiological functioning of the CNS. Specifically, during the CNS formation, microglia has been shown to regulate apoptosis and neuronal survival. They are also able to directly interact with synapses, by eliminating supernumerary and inappropriate connections, by promoting synapse formation or by regulating their activity. However, mechanisms by which microglia influence wiring and functional maturation of cortical are not fully understood. To better assess the role of microglia in cortical development, we used the barrel field as a model of neuronal development and we combined in vivo manipulations together with electrophysiology, optogenetics, pharmacologic and histologic approaches on brain slices of genetically-engineered mice. We first explored the consequences of microglia entry near the terminals of thalamic afferents (center of the barrels) in the primary somatosensory cortex during the first postnatal week on functional properties of thalamocortical synapses and associated disynaptic feedforward inhibition. By selectively depleting microglia at early postnatal days by intracerebral injections of clodronate-encapsulated liposomes, we show that microglia absence during the first postnatal week delays the functional maturation of both monosynaptic thalamocortical synapse and feedforward inhibition of layer 4 principal cells of the barrel cortex (PC) up to the 10th and 12th postnatal days (P10-12). To identify the mechanism underlying this process, we used the CX3CR1+/CreERT2; BDNFlox/lox mouse line allowing the conditional deletion of microglial BDNF during the first postnatal week. Our recordings indicate that the absence of microglial BDNF, as well as early microglia depletion, leads to a deficit in the functional maturation of both monosynaptic excitatory and disynaptic inhibitory thalamocortical connexions between P10-12. We therefore identified a microglial key factor in the maturation of cortical synapses. Our recordings in the young adult suggest that early microglial BDNF deletion has a long-term effect on thalamocortical excitatory synapses. In a second study, we investigated the consequences of microglia dysfunction during embryonic development on cortical networks wiring. Maternal immune activation (MIA) triggered by bacterial lipopolysaccharide (LPS) injection modifies the laminar repartition of parvalbumin-expressing inhibitory interneurons (PV+), key actors in neuropsychiatric disease, in the cortex until P20. Our functional data revealed that these MIA and depletion protocols lead to an increase of layer 4 PC perisomatic inhibition at P20, as well as a horizontal exuberance of cortical inhibition supported by PV+ interneurons. This increased inhibition does not last within development as suggested by our recordings in the adult. On the opposite, it seems that MIA and early microglia depletion result in weaker inhibitory synapses at P60. To conclude, we postulate that microglial cells are the missing link between maternal immune challenge and à higher risk of having neurodevelopmental pathologies like autism or schizophrenia. Our results highlight the crucial role of microglial cells in neuronal network development during perinatal period.; La microglie désigne l'ensemble des macrophages résidents du système nerveux central (SNC). Longtemps considérées comme étant actives uniquement en conditions pathologiques, les cellules microgliales sont pourtant essentielles à l'activité physiologique du SNC. En particulier, pendant la formation du SNC, elles régulent apoptose et survie neuronales, et interagissent directement avec les synapses en les éliminant, en promouvant leur formation ou en régulant leur activité. Toutefois, les mécanismes microgliaux impliqués dans la mise en place et la maturation fonctionnelle des circuits corticaux pendant le développement ne sont pas intégralement élucidés. Afin de mieux comprendre le rôle de la microglie dans le développement cortical, nous avons utilisé le système des champs de tonneaux du cortex somatosensoriel de la souris, et combiné des manipulations in vivo avec des approches électrophysiologiques, optogénétique, pharmacologique et histologique sur tranches de cerveaux de souris génétiquement modifiées. Dans une première étude, nous nous sommes intéressés aux conséquences de l'arrivée de la microglie à proximité des zones de terminaison des fibres thalamiques (les centres des tonneaux) dans le cortex somatosensoriel au cours de la première semaine postnatale sur les propriétés fonctionnelles des synapses thalamocorticales et de l'inhibition disynaptique associée (inhibition antérograde ou feedforward). Nos résultats montrent qu'une déplétion de la microglie pendant la première semaine postnatale entraîne un retard de maturation fonctionnelle de la connexion thalamocorticale excitatrice monosynaptique et de l'inhibition feedforward disynaptique au niveau des cellules principales excitatrices de la couche 4 (CP) entre les 10ème et 12ème jours postnataux (P10-12). Nous avons ensuite testé si le facteur neurotrophique BDNF (brain-derived neurotrophic factor) pouvait être la molécule microgliale impliquée dans la maturation de ces synapses corticales en utilisant une approche transgénique (lignée CX3CR1+/CreERT2;BDNFlox/lox). Nos enregistrements indiquent que l'absence de BDNF microglial entraîne aussi un déficit de maturation fonctionnelle des connexions excitatrices monosynaptiques et inhibitrices disynaptiques thalamocorticales entre P10-12. Nous avons donc identifié un facteur microglial clé dans la maturation des synapses corticales, et nos enregistrements chez le jeune adulte suggèrent que la suppression de BDNF microglial pendant la première semaine postnatale altère la synapse thalamocorticale excitatrice sur le long terme. Dans une deuxième étude, nous avons examiné les conséquences de perturbations de la microglie au cours du développement embryonnaire sur la mise en place des réseaux corticaux. L'induction d'une activation immunitaire maternelle (MIA) par injection de lipopolysaccharide (LPS) bactérien ou la déplétion de la microglie aux stades embryonnaires modifie la répartition laminaire des interneurones inhibiteurs exprimant la parvalbumine (PV+) _cellules responsables de l'inhibition feedforward_ dans le cortex jusqu'à P20. Nos données fonctionnelles ont révélé que ces protocoles de MIA et de déplétion induisent une augmentation de l'inhibition périsomatique des CP à P20, ainsi qu'une exubérance horizontale de l'inhibition soutenue par les interneurones PV+. Cette inhibition exacerbée ne perdure pas et nos enregistrements chez l'adulte indiquent au contraire un affaiblissement des synapses inhibitrices entre les interneurones PV+ et les CP. Nous postulons donc que les cellules microgliales sont le chaînon manquant entre des stimulations immunitaires, telles qu'elles peuvent se produire durant une inflammation pendant la grossesse, et l'augmentation du risque de développer des pathologies neurodéveloppementales. Ainsi, nos résultats mettent en exergue le rôle crucial de la microglie dans le développement des réseaux neuronaux corticaux pendant la période périnatale.

The "Awake brain surgery" consists in removing some infiltrative and slow-growing brain tumor tissues in an awake patient. The neurosurgeon performs an anatomo-functional mapping of the brain by electrically stimulating brain areas near the tumor to discriminate functional versus nonfunctional areas. This stimulation is both made cortically and subcortically to preserve the anatomical connectivity on-line. During the surgery itself, the patient is involved by performing some behavioral tasks of interest (intra-operative assessments). Despite marked functional deficits after the surgery the recovery of these patients remains impressive with respect to the lesion volume. These observations question our understanding of brain dynamics and plasticity phenomena. The electrical stimulation procedure associated to the intra-operative assessments are thus critical aspects that need to be optimized in order to improve the precision of the anatomo-functional mapping of the brain and to better understand its dynamics and plasticity for these patients. More specifically, this multidisciplinary project aims at better understanding the electrophysiological effects of the direct electrical stimulation during the surgery using intra-operative electroencephalographic and electrocorticographic recordings. A method to detect off-line remote electrophysiological effects and neuromodulations due to the application of electrical stimulation will be developped for further on-line applications during the surgery, in order to optimize electrical stimulations and improve the anatomo-functional brain mapping. By more systematically performing these precise measurements during the surgery we hope to better understand brain dynamics and plasticity in order to improve the surgical planning, rehabilitation, and quality of life of the patients.; La « chirurgie éveillée » consiste à retirer des tumeurs lentes et infiltrantes chez un patient éveillé. Le neurochirurgien pratique une cartographie anatomo-fonctionnelle du cerveau en stimulant électriquement les zones près de la tumeur, pour discriminer celles qui sont fonctionnelles de celles qui ne le sont plus. Cette stimulation est effectuée au niveau cortical et sous-cortical pour préserver la connectivité anatomique en temps réel. Pendant la chirurgie même, le patient est impliqué et réalise des tâches comportementales d'intérêts (évaluations intra-opératoires). Malgré des déficits fonctionnels marqués après la chirurgie, la récupération de ces patients reste impressionnante en regard du volume de la lésion. Ces observations questionnent notre compréhension des phénomènes de dynamique et de plasticité cérébrale. La procédure de stimulation électrique et les évaluations intra-opératoires constituent des aspects critiques qui nécessitent d'être optimisés dans le but d'améliorer la précision de la cartographie anatomo-fonctionnelle du cerveau et de mieux comprendre sa dynamique et sa plasticité chez ces patients. Plus spécifiquement, ce projet pluridisciplinaire a pour but de mieux comprendre les effets électrophysiologiques de la stimulation électrique directe pendant la chirurgie (en utilisant des enregistrements électroencéphalographiques et électrocorticographiques). Une méthode pour mesurer puis détecter a posteriori les effets électrophysiologiques et les neuromodulations induites par l'application de la stimulation électrique sera développée pour une détection en temps-réel ultérieure au cours de la chirurgie, dans le but d'optimiser les stimulations électriques et améliorer la cartographie anatomo-fonctionnelle. En réalisant de manière plus systématique ces mesures précises, pendant la chirurgie, nous espérons mieux comprendre la dynamique et la plasticité cérébrale dans le but d'améliorer la planification chirurgicale, la rééducation et la qualité de vie des patients.

The "Awake brain surgery" consists in removing some infiltrative and slow-growing brain tumor tissues in an awake patient. The neurosurgeon performs an anatomo-functional mapping of the brain by electrically stimulating brain areas near the tumor to discriminate functional versus nonfunctional areas. This stimulation is both made cortically and subcortically to preserve the anatomical connectivity on-line. During the surgery itself, the patient is involved by performing some behavioral tasks of interest (intra-operative assessments). Despite marked functional deficits after the surgery the recovery of these patients remains impressive with respect to the lesion volume. These observations question our understanding of brain dynamics and plasticity phenomena. The electrical stimulation procedure associated to the intra-operative assessments are thus critical aspects that need to be optimized in order to improve the precision of the anatomo-functional mapping of the brain and to better understand its dynamics and plasticity for these patients. More specifically, this multidisciplinary project aims at better understanding the electrophysiological effects of the direct electrical stimulation during the surgery using intra-operative electroencephalographic and electrocorticographic recordings. A method to detect off-line remote electrophysiological effects and neuromodulations due to the application of electrical stimulation will be developped for further on-line applications during the surgery, in order to optimize electrical stimulations and improve the anatomo-functional brain mapping. By more systematically performing these precise measurements during the surgery we hope to better understand brain dynamics and plasticity in order to improve the surgical planning, rehabilitation, and quality of life of the patients.; La « chirurgie éveillée » consiste à retirer des tumeurs lentes et infiltrantes chez un patient éveillé. Le neurochirurgien pratique une cartographie anatomo-fonctionnelle du cerveau en stimulant électriquement les zones près de la tumeur, pour discriminer celles qui sont fonctionnelles de celles qui ne le sont plus. Cette stimulation est effectuée au niveau cortical et sous-cortical pour préserver la connectivité anatomique en temps réel. Pendant la chirurgie même, le patient est impliqué et réalise des tâches comportementales d'intérêts (évaluations intra-opératoires). Malgré des déficits fonctionnels marqués après la chirurgie, la récupération de ces patients reste impressionnante en regard du volume de la lésion. Ces observations questionnent notre compréhension des phénomènes de dynamique et de plasticité cérébrale. La procédure de stimulation électrique et les évaluations intra-opératoires constituent des aspects critiques qui nécessitent d'être optimisés dans le but d'améliorer la précision de la cartographie anatomo-fonctionnelle du cerveau et de mieux comprendre sa dynamique et sa plasticité chez ces patients. Plus spécifiquement, ce projet pluridisciplinaire a pour but de mieux comprendre les effets électrophysiologiques de la stimulation électrique directe pendant la chirurgie (en utilisant des enregistrements électroencéphalographiques et électrocorticographiques). Une méthode pour mesurer puis détecter a posteriori les effets électrophysiologiques et les neuromodulations induites par l'application de la stimulation électrique sera développée pour une détection en temps-réel ultérieure au cours de la chirurgie, dans le but d'optimiser les stimulations électriques et améliorer la cartographie anatomo-fonctionnelle. En réalisant de manière plus systématique ces mesures précises, pendant la chirurgie, nous espérons mieux comprendre la dynamique et la plasticité cérébrale dans le but d'améliorer la planification chirurgicale, la rééducation et la qualité de vie des patients.