Règle de STDP en calcium physiologique

STDP rules in physiological calcium

• Auteur / Autrice : Yanis Inglebert
• Direction : Dominique Debanne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 15/11/2018
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Sciences de la Vie et de la Santé (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de neurobiologie des canaux ioniques et de la synapse
• Jury : Président / Présidente : Rosa Cossart
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rosa Cossart, Desdemona Fricker, Laurent Venance, Jean-Pierre Mothet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Desdemona Fricker, Laurent Venance

Mots clés

Mots clés contrôlés

Calcium

Transmission synaptique

Neurones

Synapses

Plasticité neuronale

Potentiels d'action

Hippocampe

Mots clés libres

Calcium

Résumé

L’utilisation de calcium en concentration physiologique pourrait diminuer ou supprimer tout phénomène de plasticité induite par la règle de STDP avec des protocoles standards. Dans la région CA1 de l’hippocampe, pour une concentration de calcium de 1.8 mM, nous observons une absence de LTP après corrélation positive, mais une LTD pour l’ensemble des délais étudiés. Pour 1.3 mM, ni LTP ni LTD ne sont observées dans nos conditions expérimentales. En plus du calcium, l’activité est une composante importante dans l’induction de la plasticité par STDP. En particulier, l’augmentation de la fréquence de stimulation pendant l’appariement ou l’augmentation du nombre de potentiels d’action post-synaptiques nous a permis de récupérer la LTP par corrélation positive à 1.3 et 1.8 mM. De la même manière, l’augmentation du nombre de potentiels d’action post-synaptiques ou de la fréquence de stimulation nous a permis de récupérer la fenêtre de LTD à 1.3 mM. Parallèlement à la modulation d’activité, nous avons testé un troisième facteur qui apparaît important : la neuromodulation. La règle de STDP serait modulée, en particulier, par l’activation des récepteurs dopaminergiques et noradrénergiques. La perfusion d’isoprénaline, un agoniste des récepteurs noradrénergiques, nous a permis de récupérer la fenêtre de LTP à 1.8 mM, contrairement à l’application de dopamine. Mes résultats montrent que la règle de STDP est profondément modifiée en calcium physiologique, mais que l’utilisation d’activités spécifiques ou l’application de neuromodulateurs sont capables de restaurer un profil de courbe normal.

The use of calcium in physiological concentration may be able to reduce or eliminate any plasticity phenomenon induced by the STDP rule with standard protocols. In the CA1 region of the hippocampus, at a calcium concentration of 1.8 mM we observed an absence of LTP after positive correlation. Instead, LTD is observed for all the delays that were tested. At 1.3 mM, neither LTP nor LTD were observed under our experimental conditions. In addition to calcium, activity is an important component in the induction of plasticity by STDP. Notably, an increase in stimulation frequency during pairing or an increase in the number of postsynaptic action potential allowed us to rescue LTP induced by positive correlation at 1.3 and 1.8 mM. Similarly, an increase in the number of postsynaptic action potentials or the frequency of stimulation allowed us to rescue the LTD window at 1.3 mM. In parallel with activity modulation, we tested a third factor that showed a noticeable impact: neuromodulation. The STDP rule appeared to be predominantly modulated by the activation of dopaminergic and noradrenergic receptors. The perfusion of Isoprenaline, a noradrenergic receptor agonist, allowed us to rescue the LTP window whereas dopamine application at 1.8 mM did not rescue LTP. This study demonstrates that the STDP rule is profoundly changed under physiological calcium conditions; however, the use of specific activities or the application of neuromodulators restores a normal STDP profile.