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Thèses et Mémoire de l'Université de Strasbourg

Dynamique de l'activité spontanée dans des réseaux de neurones hippocampiques d'architecture contrôlée en culture

WYART, Claire (2003) Dynamique de l'activité spontanée dans des réseaux de neurones hippocampiques d'architecture contrôlée en culture. Thèses de doctorat, Université Louis Pasteur.

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Résumé

De l’activité électrique spontanée est observée dans de nombreuses structures cérébrales. Elle pourrait intervenir avant l’expérience sensorielle dans la formation des patrons de connexions des réseaux immatures, et chez l’adulte dans le traitement de l’information sensorielle. La contribution des mécanismes synaptiques et des propriétés de réseaux dans la dynamique de l’activité spontanée est difficile à déterminer dans les préparations classiques où l’activité et la connectivité ne sont être connues pour plus de deuxneurones. Dans ces systèmes, les relations entre l’architecture fonctionnelle des réseaux neuronaux et la dynamique de leur activité spontanée ne peuvent pas non plus être déterminées. C’est pour explorer les mécanismes d’initiation et de persistance et le rôle de l’architecture fonctionnelle dans l’activité spontanée que nous avons mis au point une approche de culture où l’architecture des réseaux de neurones hippocampiques est contrôlée par traitement des surfaces d’adhésion (Chapitre I). Cette approche permet de produire des réseaux dont l’architecture est définie par le nombre total et la position des neurones. L’activité spontanée a été mesurée par la technique de patch clamp en configuration cellule attachée qui permet de suivre l’activité d’un ou deux neurones avec une résolution inférieure à 1ms, et en imagerie de fluorescence avec la sonde Fura-2 liant le calcium (et qui pénètre dans les cellules sous sa forme AM), qui permet de suivre l’activité de tous les neurones d’un réseau simultanément avec une résolution de 50ms (Chapitre II). Dans le Chapitre III, j’ai montré que la libération spontanée de glutamate aux synapses permet l’initiation de l’activité spontanée dans des réseaux de neurones glutamatergiques en culture. Le premier potentiel d’action d’une bouffée est déclenché par un évènement miniature (mEPSP) de grande amplitude ou par sommation d’évènements multiples. La persistance de l’activité à basse fréquence dans le modèle de réseau excitateur ultra-synchrone qu’est l’autapse glutamatergique repose sur des composantes synaptiques lentes. Le récepteur NMDA, une lente dépolarisation dépendant du calcium résiduel (assimilé à I CAN) et la libération asynchrone de glutamate contribuent au maintien de l’activité à basse fréquence. Dans les réseaux pluricellulaires, le maintien de l’activité est permis par des composantes synaptiques lentes et des mécanismes de réverbération de l’excitation. La structure fonctionnelle d’un réseau est définie par le nombre de neurones, la présence de neurones inhibiteurs et la distance entre neurones qui est associée à une probabilité de connectivité moyenne. Nous avons cherché l’incidence de ces 3 paramètres sur plusieurs aspects de la dynamique de l’activité spontanée (Chapitre IV). Un réseau de neurones purement excitateur n’exprime que des bouffées de potentiels d’action séparées qui sont synchrones pour tous les neurones du réseau. En revanche, les profils de décharge des neurones et les états d’activation macroscopiques du réseau deviennent complexes en présence de neurones inhibiteurs. Dans les réseaux comprenant un neurone inhibiteur au moins, les assemblées de neurones synchrones sont constituées par des neurones excitateurs fortement connectés et se ségréguent grâce aux neurones GABAergiques. Les neurones GABAergiques ont donc plusieurs actions sur l’activité des neurones glutamatergiques : à l’échelle du réseau, ils diminuent le niveau d’activité et la "synchronisation" globale des neurones excitateurs ; localement, ils entraînent une segmentation des assemblées de neurones synchrones. En conclusion, nous avons pu grâce aux réseaux de neurones d’architecture contrôlée décrire de nouveaux mécanismes déterminant la dynamique de l’activité spontanée. Ces petits réseaux constituent un nouvel outil d’étude des mécanismes reliant activité électrique et développement. Le couplage réussi de la lithographie avec les multi-électrodes (Multi-Electrodes Arrays, MEAs) permet d’envisager prochainement l’enregistrement d’unités uniques avec une bonne résolution temporelle et sur plusieurs semaines in vitro.

Type d'EPrint:Thèse de doctorat
Sujets:CL Classification > DDC Dewey Decimal Classification > 500 Sciences de la nature et mathématiques > 570 Sciences de la vie. Biologie. Biochimie > 571 Physiologie et sujets voisins > 571.6 Biologie cellulaire
Classification Thèses Unistra > Santé > Sciences de la vie, biologie, biochimie > 570 Sciences de la vie. Biologie. Biochimie > 571 Physiologie et sujets voisins > 571.6 Biologie cellulaire

UNERA Classification UNERA > ACT Domaine d'activité UNERA > ACT-2 Bio-industries, biotechnologies
UNERA Classification UNERA > DISC Discipline UNERA > DISC-16 Sciences de la vie et de la santé, psychologie
Code ID:813
Déposé le :29 Septembre 2004

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