Rôle des synapses électriques dans le traitement de l'information dans un microcircuit antérograde canonique

Role of electrical synapses in information processing within a canonical feed-forward microcircuit

• Auteur / Autrice : Andreas Hoehne
• Direction : David Di Gregorio
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurophysiologie
• Date : Soutenance le 25/09/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pasteur (Paris). Unité Dynamique des synapses et des circuits neuronaux
• Jury : Président / Présidente : Ann Lohof
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marlene Bartos
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Angus Silver, Andreas Frick

Mots clés

Mots clés contrôlés

Synapses

Interneurones

Dendrites (cytologie)

Réseaux neuronaux (physiologie)

Mots clés libres

Intégration dendritique

Interneurones

Synapses électriques

Cervelet

Détection de coïncidence

Contraste temporel

Dendritic integration

Interneurons

Electrical synapses

Cerebellar

Coincidence detection

Temporal contrast

Résumé

Les neurones sont des cellules nerveuses, électriquement excitables, communiquant par des points de contact spécifiques nommés synapses. Afin de comprendre comment le cerveau traite des informations issues du monde extérieur et des schémas internes mentaux (mémoire), il est important de comprendre comment les neurones sont connectés les uns aux autres, par quels types de synapses, et comment les signaux qu'ils partagent sont intégrés à l'échelle de la cellule unique. Les synapses les plus fréquemment formées sont dites ''chimiques'': un message électrique présynaptique (le potentiel d'action, PA) entraine la libération de vésicules chargées de neurotransmetteurs, qui ouvrent des récepteurs post-synaptiques spécifiques et permettent d'engendrer un second message électrique dans le neurone cible. D'autres synapses, dites électriques, sont aussi rencontrées dans le système nerveux. En connectant physiquement les cytoplasmes de deux neurones, celles-ci permettent une communication quasi-instantanée et bidirectionnelle. Leur mécanisme de fonctionnement, ainsi que leur rôle physiologiques, sont bien moins connus que ceux des synapses chimiques. Au cours de ma thèse, j'ai étudié comment les synapses électriques entre les cellules en panier du cervelet influencent leurs propriétés d'intégration, et comment elles permettent l'échange de courants électriques. J'ai notamment montré comment les PAs filtrés au travers des synapses électriques permettent de créer des mécanismes de contraste temporel et de détection de coïncidence de l'activité des cellules en grains - les cellules excitatrices afférentes aux cellules en panier.

Neurons are electrically excitable nerve cells, communicating with each other at specific points of contacts called synapses. In order to understand how the brain processes information from the outside world and from internal models (memories), it is important to understand how neurons are connected with each other, through which type of synapses, and how the electrical signals are processed at the single-cell level. The most prevalent form of communication in the Central nervous system is mediated by chemical synapses: an electrical impulse (the action potential, AP) is emitted by the presynaptic element, and this electrical event triggers the release of vesicle filled with neurotransmitters in the synaptic cleft. These molecules open post-synaptic receptors, leading to an electrical response in the post-synaptic cell. Some specific populations of neurons can also communicate through electrical synapses. By directly linking the cytoplasms of two connected cells, these synapses allow near-instantaneous and bidirectionnal communication. However, the biophysics underlying their behaviour, as well as their physiological roles, are far less understood than those of their chemical counterparts. During my PhD, I examined how electrical synapses between cerebellar basket cells influence the way these cells process their inputs, and how they support synaptic communication between connected cells. Notably, I showed how filtered APs transmitted through electrical synapses support two types of neuronal operations on their afferent inputs: coincidence detection and temporal contrast enhancement.