Rôle des synapses dendrodendritiques entre cellules mitrales et cellules granulaires dans la dynamique fonctionnelle du bulbe olfactif : une approche modélisatrice

Role of dendrodendritic synapses between mitral and granule cells in the functional dynamics of the mammalian olfactory bulb : a modeling approach

• Auteur / Autrice : François David
• Direction : Nathalie Buonviso, Gilles Sicard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences cognitives. Neurosciences
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Lyon 2
• Jury : Président / Présidente : Gilles Sicard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Organes des sens -- theses

Synapses

Perception olfactive -- theses

Bulbe olfactif

Mots clés libres

Bulbe olfactif

Oscillations

Système sensoriel

Olfaction

Codage

Synchronisation

Résumé

L'activité du bulbe olfactif (BO) de mammifère repose sur divers contrôles : périphérique, central et intrinsèque aux BO, associés à une activité électrophysiologique dans les bandes de fréquence θ (2-10Hz), β (15-30Hz) and γ (30-90Hz). Cependant ces activités résultantes, temporellement stéréotypées restent à comprendre sur les plans biophysiques et fonctionnels. L'implication des synapses dendrodendritiques entre cellules mitrales (CMs, les neurones de projection du BO) et cellules granulaires (CGs, les interneurones locaux) dans ces rythmicités nous a conduits à explorer de façon extensive les différentes propriétés de ces interactions dans la dynamique cellulaire et bulbaire. L'approche computationnelle s'est révélé un outil efficace pour l'étude des mécanismes à ces différents niveaux. Nous avons d'abord montré que l'inhibition shuntante sur les dendrites latérales des CMs pouvait contrôler la stabilité de décharge des CMs. Un tel processus contrôle la synchronisation de l'activité dans le BO, une propriété majeure pour la transmission de l'information aux structures corticales. Ensuite nous avons montré dans un réseau de CMs et CGs que le mode d'activation et les interactions synaptiques contrôlaient la dynamique oscillatoire. Dans le cas d'interactions fortes, l'activité des CMs peut se synchroniser sur chaque cycle d'oscillations qui couvrent plutôt la bande de fréquence β. Enfin, en s'appuyant sur des données expérimentales issues du rat anesthésié, nous avons montré que pendant les oscillations γ du potentiel de champ local, l'activité des CMs pouvaient se phaser par rapport à l'oscillation conduisant à une stabilité des phases et du taux de décharge. Le mécanisme sous-jacent fondé sur des entrées synaptiques faibles oscillantes à la fréquence γ pourrait conduire à un mécanisme d'auto-synchronisation et ainsi expliquer l'émergence de bouffées d'oscillations γ. Les corrélats dynamiques et comportementaux associés aux oscillations γ et β suggèrent que ces activités pourraient être associées à la perception d'ensemble et la segmentation des odeurs, deux des fonctions principales du système olfactif.

Mammalian olfactory bulb (OB) activity displays electrophysiological activity in different frequency bands: θ (2-10Hz), β (15-30Hz) and γ (30-90Hz). The resultant stereotypical temporal activities remain to be understood in terms of biophysical dynamics and functionality. We here studied the functional role of dendrodendritic synapses between mitral cells (MC), the output neurons of the OB and granule cells (GC), a type of local interneurons, in these oscillatory regimes. To this end, the computational modeling approaches were employed. We first show that shunting inhibition on the MC lateral dendrite is able to influence the timing of MC discharge. This process could regulate synchrony among MCs, considered an important property of information transmission to OB downstream structures. Second, in a network of MCs and GCs, we showed that synaptic interactions and sensory stimulation can influence oscillatory dynamics. In the case of strong network connectivity, the MCs could robustly synchronize in a β frequency range. Third, using experimental data from anesthetized rat, we showed that during γ local field potential oscillation, the phase of MC spikes could lock with the oscillation leading to some stabilized phases and firing rates. The underlying mechanism, based on weak γ-oscillatory synaptic input and MC intrinsic properties could lead to a self-synchronization process in the bulb and explain the emergence of γ bursts during olfactory stimulation. Dynamical and behavioral correlates of γ and β oscillations suggest they could be associated with perception and segmentation of odors, the two major functions of the olfactory system.