Models of the Basal Ganglia : Study of the Functional Anatomy and Pathophysiology using Multiobjective Evolutionary Algorithms

par Jean Liénard

Thèse de doctorat en Neuroscience

Sous la direction de Benoît Girard.

Soutenue en 2013

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Modèles des Ganglions de la Base : Étude de l'anatomie fonctionnelle et de la Pathophysiologie à l'aide d'Algorithmes Évolutionnistes Multi-Objectifs


  • Résumé

    Nous avons étudié les ganglions de la base (GB) sous un angle théorique, au travers de modèles conçus avec des algorithmes évolutionnistes multiobjectifs. Dans un premier temps, nous avons caractérisé les possibles corrélats neuronaux de la sélection supposément opérés par les GB, via l’étude de deux modèles: le CBG (Girard et al. 2008) et le GPR (Gurney et al. 2001). Les voies directe et indirecte sont importantes; la boucle thalamique, indifférente; la projection GPe → GPi/SNr, antagoniste à la sélection. La connexion GPe → MSN et le caractère diffus de GPe → GPi/SNr expliquent la meilleure sélectivité dans le CBG. Nous avons aussi conçu des modèles des GB respectant un corpus de contraintes anato-électrophysiologiques issues du primate. Ces contraintes sont respectées sous l’hypothèse que la projection GPe → GPi/SNr est faiblement inhibitrice. En outre, nous montrons que ces modèles plausibles opèrent une sélection parmi leurs entrées d’une façon compatible avec les données électrophysiologiques. La projection GPe → GPi/SNr permet une meilleure sélection lorsqu’elle est diffuse. Enfin, nous avons étudié avec ces modèles plausibles les origines potentielles des oscillations associés à la maladie de Parkinson. Une modélisation du manque de dopamine via une augmentation modérée de l’efficacité des potentiels d’action au niveau du STN, GPe et GPi/SNr, se révèle suffisante pour entraîner des oscillations dans la bande β. De plus, la fréquence de ces oscillations dépend des délais de la boucle GPe ↔ STN, qui ne semble pas être compatible avec des oscillations dans la bande θ.


  • Résumé

    Our work brings contributions to the field of computational models of the basal ganglia(BG) with the use of multi-objective evolutionary algorithms. We first characterized what underlies the hypothesized selection capability in the BG structure with two models : the CBG (Girard et al. 2008) and the GPR (Gurney et al. 2001). The direct/indirect pathway were found to be important; those of the thalamic loop, indifferent; the GPe → GPi/SNr projection, antagonist to selection. Two pathways explain the better selectivity in CBG: the GPe → MSN connection and the diffuse pattern of GPe → GPi/SNr. We also build plausible BG models which respect a collection of constraints issued from a review of anatomical and electrophysiological primate literature. Our first result is that anatomical and electrophysiological data are consistent if we suppose a GPe → GPi/SNr projection that is weakly inhibitory. Our second result is that the plausible models perform selection, with electrophysiological activities that are furthermore plausible. We finally studied the pattern of projection of the GPe → GPi/SNr projection, and found that a diffuse pattern is more efficient for selection. Finally, we studied with the plausible models the origin of the oscillations occurring in Parkinson’s disease. We first established delays matching the timing data from stimulation experiments. Modeling the dopamine depletion by a moderate plausible increase in single spike efficiency in STN, GPe and GPi/SNr is enough to trigger oscillatory regimens in the β-band. The oscillations frequency is highly dependent of the GPe ⇋ STN delays, which could not plausibly support - band oscillations in our models

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Informations

  • Détails : 1 vol. (205 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 179-205. 317 réf. bibliogr. Index

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  • Cote : T Paris 6 2013 125
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