Impact des activités synaptiques endogènes sur l'excitabilité cellulaire et le traitement sensoriel cortical : apports de l'état isoélectrique

Impact of endogenous synaptic activities on the cellular excitability and the cortical sensory processing : contributions of the isoelectric state

• Auteur / Autrice : Tristan Altwegg-Boussac
• Direction : Stéphane Charpier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 22/09/2015
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du Cerveau et de la Moëlle Epinière
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Régis Lambert, Fernando Lopes Da Silva, Sylvain Crochet, Alain Destexhe

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurostimulation

Focalisation isoélectrique

Cortex cérébral

Mots clés libres

Cortex cérébral

Excitabilité

Potentiel évoqué

Isoélectrique

Enregistrement intracellulaire

In vivo

Excitability

Isoelectric state

Cerebral cortex

Résumé

Le cerveau génère spontanément des activités électriques enregistrables à toutes les échelles spatiales, de l'électroencéphalogramme (EEG) jusqu'à la membrane neuronale. La fréquence et l'amplitude de ces activités varient en fonction des états de vigilance. Afin de comprendre comment cette activité synaptique endogène sculpte à chaque instant l'intégration des événements exogènes, j'ai mis au point une nouvelle stratégie expérimentale in vivo visant à comparer les réponses neuronales à divers stimuli, en présence et en absence d'activité endogène. J'ai généré, chez le rat, une activité de type éveil ou sommeil puis, j'ai induit un état isoélectrique durant lequel toute activité spontanée était supprimée. J'ai montré que la suppression de l'activité synaptique dans les neurones du cortex somatosensoriel induisait une diminution de sensibilité neuronale et un accroissement de la régularité des réponses. La persistance d'une excitabilité neuronale dans cet état de coma profond m'a conduit à poursuivre mes recherches avec le service de réanimation neurologique afin d'explorer, chez des patients placés dans un tel coma, la réactivité corticale à des stimulations sensorielles. J'ai démontré chez l'homme et l'animal la persistance de potentiels évoqués sensoriels dans l'EEG et les neurones corticaux. Ces réponses apparaissaient plus tardivement, avec une amplitude plus importante et une plus grande fiabilité d'un essai à l'autre. Ainsi, il apparaît que l'activité synaptique spontanée, qui caractérise le fonctionnement " normal " du cerveau, a essentiellement comme effet d'augmenter la sensibilité des neurones ainsi que la variabilité statistique des réponses à l'environnement.

The brain spontaneously generates electrical activities, which can be recorded at all the spatial level, from the electroencephalogram (EEG) to the neuronal membrane. The frequency and the amplitude of these activities vary with the states of vigilance. To understand how this endogenous synaptic activity sculpts the integration of exogenous events, I developed a new in vivo experimental strategy to compare the cortical neuronal responses to various stimuli in the presence and absence of endogenous activity. I generated a waking-like or sleep-like synaptic activity in the rat. Then, I induced an isoelectric state in which spontaneous activity was completely suppressed. I showed that the suppression of synaptic activity in somatosensory cortex neurons resulted in a decrease in neuronal sensitivity and an increase in the regularity of responses to repeated identical stimuli. The persistence of neuronal excitability while the animal was immersed in a deep comatose led me to continue my research in collaboration with the neurological intensive care unit to explore the sensory-evoked cortical responses in patients exhibiting an isoelectric EEG. I demonstrated in humans and animals the persistence of sensory-evoked potentials in the EEG and individual cortical neurons. These cortical responses occurring in the absence of spontaneous brain activity had an augmented latency, a larger amplitude and a higher trial-to-trial reliability. It thus seems that the primary effect of the sustained background synaptic activity, the hallmark of a "normal" functioning of the brain, is to increase the sensitivity of neurons and the statistical variability of responses to the environment.