Recherche Avancée

Thèse soutenue

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

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Auteur / Autrice : Claire Wyart
Direction : Didier Chatenay, Bogdan Georgesco
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Neurosciences
Date : Soutenance en 2003
Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Résumé

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De l'activité électrique spontanée est observée dans de nombreuses structures cérébrales. 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. L'activité spontanée a été mesurée par la technique de patch clamp sur 1 ou 2 neurones avec une résolution de 0. 1ms, et en imagerie de fluorescence avec la sonde Fura-2 liant le calcium dans tous les neurones d'un réseau avec une résolution de 50ms. J'ai montré que la libération spontanée de glutamate aux synapses permet l'initiation de l'activité spontanée dans des réseaux de neurones en culture. La persistance de l'activité à basse fréquence dans le modèle de réseau excitateur ultra-synchrone qu'est l'autapse glutamatergique repose sur le récepteur NMDA, une dépolarisation lente dépendant du calcium résiduel (I CAN) et la libération asynchrone de glutamate. Dans les réseaux, le maintien de l'activité est permis par des composantes synaptiques lentes et la 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 associée à une probabilité de connectivité. J'ai cherché l'incidence de ces paramètres sur la dynamique de l'activité spontanée. Un réseau de neurones purement excitateur n'exprime que des bouffées de potentiels d'action synchrones pour tous les neurones du réseau. En revanche, les profils de décharge des neurones et les états d'activation du réseau deviennent complexes avec le neurones inhibiteurs. Les neurones GABAergiques ont plusieurs actions: 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. Nous avons décrit avec les réseaux de neurones d'architecture contrôlée de nouveaux mécanismes déterminant la dynamique de l'activité spontanée. Le couplage réussi de la lithographie avec les multi-électrodes (Multi-Electrodes Arrays) permet d'envisager l'enregistrement d'unités uniques sur plusieurs semaines in vitro.