Réponse neuronale et résonance, de la théorie à l'expérience, de la cellule unique à la population

Neuronal firing response and resonance, from theory to experiments, from single cell to population.

• Auteur / Autrice : Alan Montarras
• Direction : Boris Barbour
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 12/12/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie de l'École normale supérieure (Paris ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation de la thèse : École normale supérieure (Paris ; 1985-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Brunel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Boris Barbour, Nicolas Brunel, Arnd Roth, N. Alex Cayco Gajic, João Couto
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Nicolas Brunel, Arnd Roth

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurosciences

Mots clés libres

Initiation potentiel d'action

Resonance

Cellule de Purkinje

Spike initiation

Resonance

Purkinje cell

Résumé

L'opération la plus fondamentale d'un neurone est de transformer une entrée synaptique en une sortie en potentiel d'action. On sait que des conductances actives façonnent les réponses de certains neurones aux entrées, généralement à des fréquences d'entrée faibles et modérées. En outre, un mécanisme ''morphologique'' de résonance du taux d'émission résultant d'une forte asymétrie des compartiments somatiques et dendritiques a été signalé dans les cellules de Purkinje du cervelet. En essayant d'examiner ses mécanismes en détail, nous avons rencontré des difficultés pour effectuer des mesures suffisamment précises des réponses, pour tester des modèles mono-cellulaires précis. Ici, nous décrivons d'une part une approche générale pour construire un modèle cellulaire précis incorporant l'impédance et les conductances actives référées au compartiment somatique, où le potentiel d'action est initié, et d'autre part une conception de mesure permettant la détermination à faible bruit du spectre de modulation. Nous comparons ensuite les réponses mesurées au modèle construit. Nos mesures révèlent une très forte résonance à haute fréquence et que le comportement inter-pic est contrôlé par une AHP prolongé. Nos modèles sont incapables de rendre compte quantitativement de la force de la réponse du Purkinje, suggérant l'existence d'un mécanisme inconnu de résonance à haute fréquence.

The most fundamental operation of a neurone is to transform synaptic input into output spikes. Active conductances are known to shape the responses of some neurones to inputs, typically at low and moderate input frequencies. In addition, a ‘morphological’ mechanism of firing-rate resonance resulting from a strong asymmetry of somatic and dendritic compartments has been reported in cerebellar Purkinje cells. In attempting to examine its mechanisms in detail, we encountered difficulties in performing sufficiently precise measurements of firing responses to test accurate single-cell models. Here, we describe on the one hand a general approach to constructing an accurate cellular model incorporating impedance and active conductances referred to the somatic compartment, where firing initiates, and on the other hand a measurement design enabling low-noise determination of the spectrum of firing modulation. We then compare the measured firing responses to the constructed model. Our measurements reveal a very strong high-frequency resonance and that interspike behaviour is controlled by a prolonged AHP. Our models are unable to account quantitatively for the strength of the firing response of the Purkinje, suggesting the existence of an unknown mechanism of high-frequency resonance.