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Dissertationen zum Thema „Transmission neuronale“
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Roux, Sébastien. „L'influence des aspects temporels dans la planification motrice : activité neuronale, interactions neuronales, potentiels de champs locaux“. Aix-Marseille 2, 2006. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2006AIX22068.pdf.
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L'estimation temporelle est une fonction prépondérante du système nerveux central qui est indispensable pour interagir avec son environnement, cependant cette notion n'est que très rarement prise en compte dans le contexte de la préparation motrice et notamment en ce qui concerne la dynamique des modulations d'activités neuronales au cours des délais imposés. Pour étudier l'influence des aspect temporels et plus particulièrement l'influence des processus d'estimation du temps dans la préparation à l'action, nous avons développé deux tâches comportementales conceptuellement différentes qui obligent les sujets à effectuer des estimations temporelles très précises, mais pour des propos différents : ''discrimination versus production de durées''. En utilisant des enregistrements "multi-électrodes" chez le singe vigile au niveau du cortex moteur primaire (MI), nous avons recueilli simultanément l'activité de plusieurs neurones et des potentiels de champs locaux (LFP). Nous avons observé des représentations contextuelles des processus d'estimations du temps, notamment des représentations liées à l'attente d'un signal, au niveau des modulations de l'activité unitaire des neurones, des synchronisations d'activités neuronales et des LFP. Enfin, nous avons étudié les interactions entre les différents niveaux d'activités dans le but de caractériser la relation entre l'activité neuronale unitaire et le LFPNeuronal correlates of movement preparation and execution are generally studied by using tasks in which the different steps of the motor plan are triggered by stimuli. However in natural conditions, movements are rarely triggered. Time estimation processes play an important role in motor performance, but only a few studies take this fact in account. To study the influence of time estimation processes in motor cortical activity, we trained monkeys to estimate and discriminate durations in order to perform the required arm reaching movement. Movements were either self initiated or triggered by a signal. We also manipulated the probability of signal occurrence to induce signal expectancy. By using a multi-electrode device, we recorded multiple single-neuron activity and local field potentials (LFP) in primary motor cortex (MI). We found neuronal correlates of time estimation processes in motor cortical activity, such as single neuron activity, precise spike synchronizations and LFP patterns linked to signal expectancy. To better understand the relationship between spiking activity and LFPs, we also studied the correlation between the two. In general, we found that, for a given mouvement, neuronal activity is largely influenced by the temporal context of the task
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Casassus, Guillaume. „La transmission glutamatergique cortico-accumbens : régulation et plasticité pré-synaptique“. Bordeaux 2, 2004. http://www.theses.fr/2004BOR21131.
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Le noyau accumbens est souvent considéré comme une interface des systèmes moteurs et limbiques. Les neurones moyens épineux de ce noyau reçoivent une afférentation glutamatergique dense dont ils dépendent pour la genèse de potentiels d'action. Bien qu'un nombre croissant d'études impliquant l'activité du noyau accumbens dans les processus attentionnels, motivationnels ou les processus de récompense, les conditions physiologiques de régulation des afférences glutamatergiques sur les neurones efférents de ce noyau restent mal connues. Les autorécepteurs et le patron temporel d'activité afférent sont des acteurs essentiels de la régulation synaptique glutamatergique. L'étude de la transmission synaptique glutamatermique cortico-accumbens, par la technique du patch-clamp sur tranches aigues de cerveau de souris, nous a permis de mettre en évidence de nouveaux phénomènes de régulation de ces afférences : (1) les récepteurs kaïnate localisés au niveau présynaptique sur les afférences corticales modulent négativement la transmission glutamatergique, (2) l'augmentation tonique de l'activité de décharge synaptique facilite ou déprime la transmission glutamatergique dépendamment de la probabilité de libération initiale de la synapse, (3) l'activation des afférences corticales par des décharges en bouffées induit une augmentation cumulative de la transmission glutamatergique résultant d'une augmentation de la fiabilité de la propagation axonale des potentiels d'action, et (4) la stimulation prolongée (2 min) à 14 Hz des afférences corticales induit une potentialisation à long terme induite par l'activation de récepteurs ionotropiques du glutamate. L'ensemble de ces résultats met en évidence des phénomènes originaux permettant une régulation fine des entrées exitatrices corticales sur les neurones efférents du noyau accumbensThe nucleus accumbens forms the ventral part of the striatum. It has been proposed to serve as an interface between the limbic system and the motor system. Medium spiny neurons of the nucleus accumbens, that depend on excitatory afferents to generate action potentials, receive a dense glutamatergic innervation from the prefrontal cortex and form various limbic structures, including the hippocampal formation, the basolateral amygdala and the thalamus. Despite growing evidence that the nucleus accumbens is involved in important brain functions such as motivation, attention or reward, physiological regulation of the glutamatergic input in medium spiny neurons is still largely unknown. The efficacy of excitatory glutamatergic synaptic transmission is highly dependent on the activation of presynaptic autoreceptors and on the temporal pattern of activity of afferents. Using patch-clamp whole-cell recordings in acute slices of the mouse nucleus accumbens, we have highlighted new forms of synaptic modulation of the cortico-accumbens pathway : (1) functional presynaptic kainate receptors on cortical afferrents fibers inhibited glutamatergic synaptic transmission, (2) increase in tonic frequency stimulation of the cortical input to the nucleus accumbens induced a presynaptic facilitation or depression of the synaptic transmission depending on the initial release probability, (3) burst stimulation of cortical afferent fibers lead to a cumulative increase of the glutamatergic synaptic input through presynaptic increase in axonal reliability of action potentials propagation, and (4) sustained stimulation (14 Hz, 2 min) of cortical afferent fibers, induced long-term potentiation of glutamatergic synaptic transmission through presynaptic mechanisms and activation of ionotropic glutamate receptors. These results demonstrtate new original phenomenons that modulate cortico-accumbens glutamatergic synaptic strength in nucleus accumbens efferent neurons
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Thévenot, Emmanuel. „Caractérisation des partenaires de la Kinase neuronale PAK3, et rôle de ces complexes dans la plasticité neuronale“. Paris 11, 2009. http://www.theses.fr/2009PA11T058.
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Chambet, Nicolas. „Modélisation physique des réseaux de neurones : étude de comportements collectifs : application au traitement de l'information“. Angers, 1995. http://www.theses.fr/1995ANGE0014.
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Nous considérons les réseaux de neurones en tant que modèles physiques de systèmes naturels de traitement de l'information. Pour avancer dans leur modélisation, nous cherchons à inclure progressivement plus d'éléments physiques des neurones en réseaux, à analyser les propriétés résultantes, et à considérer les conséquences pour le traitement de l'information. Dans le chapitre 1, nous examinons et mettons en cohérence les éléments de base de la modélisation des réseaux de neurones, à différents niveaux de description. Nous nous efforçons aussi d'utiliser des grandeurs physiques munies d'unités et de valeurs réalistes, pour une interprétation qualitative et quantitative des résultats. Puis, nous déduisons de cette démarche un modèle non linéaire de réseau de neurones, qui décrit l'évolution des conductances membranaires gouvernant l'émission des potentiels d'action (PA). Dans le chapitre 2, nous exploitons d'abord ce modèle pour étudier les états d'activité autonomes d'un réseau. Nous montrons que leur apparition peut ici se caractériser comme une transition de phase, qu'ils peuvent se décrire par une théorie de champ moyen, et comment ils peuvent servir à mémoriser de l'information. Nous appliquons ensuite le modèle pour la comparaison des dynamiques neuronales utilisant les PA, avec celles basées directement sur les fréquences de décharge. Nous montrons les limites d'une utilisation de ces dernières à la place des PA. Dans le chapitre 3, nous étudions la résonance stochastique, dans laquelle un bruit devient utile à la transmission de signaux par certains systèmes non linéaires. Nous montrons que c'est une propriété possible pour des neurones naturellement monostables, soumis soit à une stimulation analogique, soit plus généralement à des trains de PA.
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Rajalu, Mathieu. „Plasticité de la transmission synaptique inhibitrice dans le système nociceptif spinal de la souris“. Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2008. http://www.theses.fr/2008STR13193.
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L'inhibition synaptique joue un rôle important dans la régulation de l'excitabilité des neurones. Dans la lamina II de la moelle épinière, l'équilibre entre les composantes excitatrices et inhibitrices va influencer le passage des informations nociceptives périphériques vers les structures supramédullaires. Dans mon travail de thèse, je me suis intéressé à la plasticité de la transmission synaptique dans la lamina II de souris. En utilisant la technique de patch clamp sur tranches aigues, j'ai dans un premier temps caractérisé la transmission synaptique inhibitrice puis mis en évidence une plasticité au cours du développement post-natal ainsi que suite à l'invalidation génétique d'une sous unité du récepteur de la glycine. Enfin, j'ai étudié la modulation positive à court et à long terme de la transmission synaptique inhibitrice par le contrôle descendant oxytocinergique responsable d'une diminution de l'hyperalgésie thermique et mécanique dans un modèle de douleur inflammatoireThe synaptic inhibition is important in the control of neurons excitability. In the spinal lamina II, the balance between inhibitory and excitatory components regulates the transmission of the peripheral nociceptive inputs to supraspinal structures. During my PhD, I worked on the plasticity of inhibitory synaptic transmission in lamina II of mouse. Using the patch-clamp technique on acute slices, I first characterized the inhibitory synaptic transmission and then its plasticity throughout the postnatal development as in a transgenic model where a subunit of the glycine receptor is knocked-out. At last, I studied the short and long lasting positive modulation of inhibitory synaptic transmission by the oxytocinergic descending pathway that produces an impairment of thermal and mechanical hyperalgesia in an inflammatory model of pain
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Carlier, Florent. „Nouvelle technique neuronale de détection multi-utilisateurs : Applications aux systèmes MC-CDMA“. Rennes, INSA, 2003. http://www.theses.fr/2003ISAR0019.
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Legendre, Arnaud. „Modélisation fonctionnelle de l'activité neuronale hippocampique : Applications pharmacologiques“. Thesis, Mulhouse, 2015. http://www.theses.fr/2015MULH7271/document.
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Les travaux de cette thèse ont pour but de mettre en œuvre des outils de modélisation et de simulation numériques de mécanismes sous-tendant l’activité neuronale, afin de promouvoir la découverte de médicaments pour le traitement des maladies du système nerveux. Les modèles développés s’inscrivent à différentes échelles : 1) les modèles dits « élémentaires » permettent de simuler la dynamique des récepteurs, des canaux ioniques, et les réactions biochimiques des voies de signalisation intracellulaires ; 2) les modèles de neurones permettent d’étudier l’activité électrophysiologique de ces cellules ; et 3) les modèles de microcircuits permettent de comprendre les propriétés émergentes de ces systèmes complexes, tout en conservant les mécanismes élémentaires qui sont les cibles des molécules pharmaceutiques. À partir d’une synthèse bibliographique des éléments de neurobiologie nécessaires, et d’une présentation des outils mathématiques et informatiques mis en œuvre, le manuscrit décrit les différents modèles développés ainsi que leur processus de validation, allant du récepteur de neurotransmetteur au microcircuit. D’autre part, ces développements ont été appliqués à trois études visant à comprendre : 1) la modulation pharmacologique de la potentialisation à long terme (LTP) dans les synapses glutamatergiques de l’hippocampe, 2) les mécanismes de l'hyperexcitabilité neuronale dans l'épilepsie mésio-temporale (MTLE) à partir de résultats expérimentaux in vitro et in vivo, et 3) la modulation cholinergique de l'activité hippocampique, en particulier du rythme thêta associé à la voie septo-hippocampiqueThe work of this thesis aims to apply modeling and simulation techniques to mechanisms underlying neuronal activity, in order to promote drug discovery for the treatment of nervous system diseases. The models are developed and integrated at different scales: 1) the so-called "elementary models" permit to simulate dynamics of receptors, ion channels and biochemical reactions in intracellular signaling pathways; 2) models at the neuronal level allow to study the electrophysiological activity of these cells; and 3) microcircuits models help to understand the emergent properties of these complex systems, while maintaining the basic mechanisms that are the targets of pharmaceutical molecules. After a bibliographic synthesis of necessary elements of neurobiology, and an outline of the implemented mathematical and computational tools, the manuscript describes the developed models, as well as their validation process, ranging from the neurotransmitter receptor to the microcircuit. Moreover, these developments have been applied to three studies aiming to understand: 1) pharmacological modulation of the long-term potentiation (LTP) of glutamatergic synapses in the hippocampus, 2) mechanisms of neuronal hyperexcitability in the mesial temporal lobe epilepsy (MTLE), based on in vitro and in vivo experimental results, and 3) cholinergic modulation of hippocampal activity, particularly the theta rhythm associated with septo-hippocampal pathway
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Bosch, Clémentine. „Transmission et plasticité au sein de la voie hyperdirecte des ganglions de la base“. Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066232.
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Les ganglions de la base, un ensemble de noyaux sous-corticaux, sont impliqués dans la planification de l’action et la prise de décision en fonction du contexte et de la motivation. La voie hyperdirecte cortico-subthalamo-nigrale est l’une des trois voies de transfert de l’information corticale au sein des ganglions de la base. Nous avons d’abord mis au point un modèle de tranche qui préserve la voie hyperdirecte. Pour cela, nous avons effectué une reconstruction tridimensionnelle des faisceaux de fibres entre le cortex et le noyau sous-thalamique et entre le noyau sous-thalamique et la substance noire réticulée. Nous avons ensuite étudié l’effet de la stimulation à haute fréquence du noyau sous-thalamique sur les neurones de la substance noire réticulée. La stimulation à haute fréquence du noyau sous-thalamique est une thérapie employée pour traiter la maladie de Parkinson mais les mécanismes d’action restent débattus. Nous avons mis en évidence que la stimulation à haute fréquence du noyau sous-thalamique produisait une balance synaptique excitation-inhibition dans les neurones de la substance noire réticulée qui accélère la décharge de la moitié des neurones et la ralentit dans l’autre moitié. Cette balance excitation-inhibition est due à l’activation de fibres glutamatergiques du noyau sous-thalamique et de fibres de passage GABAergiques du globus pallidus. Enfin, nous avons montré que les protocoles hebbiens de plasticité induisaient une dépression à long terme de la voie hyperdirecte associée à une augmentation d’excitabilité neuronale. Ces résultats permettent d’avancer dans la compréhension de la physiologie de la voie hyperdirecte et des ganglions de la base
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Lavoie, Nathalie. „Étude sur le rôle physiologique du zinc endogène dans l'excitabilité neuronale et la transmission synaptique hippocampale“. Thesis, Université Laval, 2010. http://www.theses.ulaval.ca/2010/26859/26859.pdf.
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Robbe, David. „Régulation et plasticité de la transmission synaptique dans le noyau accumbens. Modulation par les drogues addictives“. Montpellier 2, 2002. http://www.theses.fr/2002MON20076.
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Boubakar, Leila. „Rôle des Septines dans la transmission de traits morphologiques au cours de la neurogenèse des ganglions des racines dorsales“. Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSE1139.
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La formation des neurites constitue une étape cruciale dans le processus de différenciation neuronale. Cependant, les mécanismes qui permettent de déterminer comment et à quelle position les neurites émergent sont toujours largement méconnus. Nous avons postulé qu'une marque moléculaire pouvait préfigurer la différenciation morphologique. Au cours de ma thèse, j'ai cherché à identifier de nouvelles molécules capables de s'accumuler aux sites d'initiation des neurites et d'en contrôler la protrusion. De manière intéressante, chez la levure, la marque moléculaire qui contrôle le site de protrusion du bourgeon a été caractérisée. Parmi les centaines de protéines contrôlant le site d'initiation chez la levure, les Septines constituent une famille de protéines bien conservée chez les vertébrés. Ces GTPases forment des filaments qui agissent comme barrière de diffusion ou « échafaudage » moléculaire. Au cours de ma thèse, je me suis donc intéressée au rôle des Septines lors de l'initiation axonale dans le modèle des neurones sensoriels de DRG chez l'embryon de poulet. Nous avons pu démontrer qu'aux stades précoces de leur développement, ces neurones formaient deux axones, un au pôle ventral et l'autre au pôle dorsal, indiquant que le nombre et la position des sites d'initiation des axones sont bien contrôlés dans ces neurones. Nous avons, ensuite, démontré que les Septines étaient bien exprimées dans les DRG aux stades précoces du développement. Mes analyses en vidéo-microscopie de la localisation de la septine 7 au cours de la différentiation des neurones de DRG montrent que les Septines s'accumulent au site d'émergence de l'axone, juste avant ou lors de sa formation. L'inhibition des Septines induite par une construction dominant-négative (DN) ou par ajout d'un inhibiteur pharmacologique bloque la formation des axones. De plus, cette inhibition entraine une modification précoce de la morphologie, qui se traduit par l'apparition de cellules multipolaires complexes et de cellules rondes sans prolongement suggérant que, conformément à notre hypothèse, les Septines sont impliquées dans l'initiation des neurites. L'ensemble de ces résultats montre que les Septines régulent la différenciation morphologique précoce des neurones sensorielsNeurite formation is a crucial step of neuronal differentiation. However, the mechanisms that determine how and at which position neurites emerge in the soma are still poorly understood. We postulated that a molecular polarity could prefigure the morphological differentiation, with some molecules that could accumulate at the future site of axon initiation. Interestingly, such molecular polarity has been evidenced in the contest of yeast budding, with bud forming at specific position relatively to the previous bud site. Genome-wide screen identified hundreds of proteins that control bud site location. Among the vertebrate molecules homologous to those involved in budding site selection, we selected the Septins as promising candidates. These GTP-ases form filaments that act as diffusion barriers and molecular scaffolds. We investigated the contribution of Septins to axon initiation using the chick dorsal root ganglion (DRG) neurons as a model. Monitoring of cell morphology in nascent ganglia indicates that DRG neurons form a single axon at the ventral pole and a second one at the dorsal pole and that these axons seem to emerge directly after their last division. This suggests that two initiation sites are selected at opposite pole of the soma.We found that Septins homologous with those controlling budding are expressed in the early DRG developmental stages. My analyses by time-lapse video-microscopy showed that Septin7 accumulate at the site of axon emergence, just before or during its formation.We observed that a pharmacological inhibitor and a dominant-negative construct block axon formation both in vitro and in vivo respectively. Furthermore, blocking Septin function leads to the appearance of uncommon round or sea urchin-like neurons. Thus, Septins appear to regulate early step of morphological differentiation of DRG neurons, possibly by controlling axon initiation site selection
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Chameau, Pascal. „Le recepteur de la ryanodine de type 3 (ryr3) : localisation et role dans l'excitabilite neuronale et la transmission synaptique“. Paris 6, 1999. http://www.theses.fr/1999PA066101.
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Le recepteur de la ryanodine de type 3 (ryr3), exprime dans les neurones, est l'isoforme la moins caracterisee de cette famille de recepteurs-canaux ca 2 + du reticulum endoplasmique. J'ai developpe un anticorps polyclonal dirige contre ryr3 qui m'a permis de determiner la localisation de cette isoforme dans la region proximale des dendrites apicaux des neurones pyramidaux de la region ca1 de l'hippocampe de souris. Cet anticorps s'est avere bloquant du mecanisme de calcium-induced calcium release (cicr) dans lequel ryr3 est implique. Dans les neurones ca1, l'injection de l'anticorps anti-ryr3 reduit le courant k+ active par le ca2+ (courant isahp, pour slow after hyperpolarization, sensible a la ryanodine). Ce resultat montre que l'activation du courant isahp est declenchee en partie par le ca2+ libere du reticulum endoplasmique par ryr3. Ce ryr3 joue donc un role essentiel dans la mise en jeu de la phase de post-hyperpolarisation prolongee de la membrane neuronale, phenomene a l'origine du mecanisme d'adaptation de la frequence de decharge des potentiels d'action. L'etude du courant isahp souligne egalement le role des proteines associees a ryr3, cibles de la rapamycine et du cadp-ribose, comme elements determinants de l'activation de ce ryr. Chez l'aplysie un recepteur de type ryr3 est localise principalement dans les axones des neurones du ganglion buccal. L'injection de l'anticorps anti-ryr3, dans le neurone presynaptique d'un couple synaptique cholinergique parfaitement identifie, induit une diminution de la quantite d'acetylcholine liberee par un potentiel d'action presynaptique comparable a celle de la ryanodine. Ce resultat met en evidence le role d'un recepteur de type ryr3 dans la modulation de la transmission synaptique. La sequence peptidique utilisee comme antigene est situee dans une boucle cytoplasmique de ryr3. Ce peptide lie les ions ca2+ et a la capacite d'affecter les phenomenes physiologiques dependants du ca2+ : il reduit l'amplitude des courants isahp dans les neurones pyramidaux ca1 de l'hippocampe de souris et la liberation evoquee d'acetylcholine dans les neurones presynaptiques d'aplysie. Cette sequence peptidique pourrait donc jouer un role essentiel comme tout ou partie du site de liaison du ca2+ sur ryr3.
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Tiganj, Zoran. „On the pertinence of a numerical transmission model for neural information“. Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00699623.
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Dans cette thèse, nous utilisons un ensemble d'outils avancés de mathématiques et de méthodes de traitement du signal pour aborder trois problèmes importants en neuroscience: la détection de potentiels d'action (spikes), leur tri, et le codage neuronal. A partir d'enregistrements invasifs de l'activité de neurones, nous avons d'abord abordé la question de la détection de spikes. Les instants d'occurrence des spikes apparaissent (comme des irrégularités) de manière explicite dans les dérivées distributionnelles du signal neuronal. Le problème est alors posé en termes de détection et estimation conjointe de ces instants d'occurrence. En utilisant le calcul opérationnel, qui fournit un cadre commode pour manipuler des Dirac, nous caractérisons le temps d'occurrence d'un spike par une formule explicite. Après la détection nous abordons le problème du tri de spikes. Nous avons développé un algorithme simple pour des enregistrements multi-canaux. Il utilise une application itérative de l'algorithme ICA et une technique de déflation dans deux boucles imbriquées. Dans chaque itération de la boucle externe, l'activité d'un neurone est ciblée, puis isolée et ensuite élaguée des enregistrements. La boucle interne met en œuvre une séquence d'applications de ICA et de détection afin de supprimer tout ce qui ne relève pas du neurone cible. Enfin, nous menons une discussion sur les propriétés du code neuronal. Nous examinons l'hypothèse d'un code reposant sur un alphabet fini. Cette hypothèse correspond à un schéma de modulation PPM qui est déjà suggéré par le codage temporel et la présence de jitter.
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Hesse, Janina. „Implications of neuronal excitability and morphology for spike-based information transmission“. Doctoral thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, 2017. http://dx.doi.org/10.18452/18583.
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Signalverarbeitung im Nervensystem hängt sowohl von der Netzwerkstruktur, als auch den zellulären Eigenschaften der Nervenzellen ab. In dieser Abhandlung werden zwei zelluläre Eigenschaften im Hinblick auf ihre funktionellen Anpassungsmöglichkeiten untersucht: Es wird gezeigt, dass neuronale Morphologie die Signalweiterleitung unter Berücksichtigung energetischer Beschränkungen verstärken kann, und dass selbst kleine Änderungen in biophysikalischen Parametern die Aktivierungsbifurkation in Nervenzellen, und damit deren Informationskodierung, wechseln können. Im ersten Teil dieser Abhandlung wird, unter Verwendung von mathematischen Modellen und Daten, die Hypothese aufgestellt, dass Energie-effiziente Signalweiterleitung als starker Evolutionsdruck für unterschiedliche Zellkörperlagen bei Nervenzellen wirkt. Um Energie zu sparen, kann die Signalweiterleitung vom Dendrit zum Axon verstärkt werden, indem relativ kleine Zellkörper zwischen Dendrit und Axon eingebaut werden, während relativ große Zellkörper besser ausgelagert werden. Im zweiten Teil wird gezeigt, dass biophysikalische Parameter, wie Temperatur, Membranwiderstand oder Kapazität, den Feuermechanismus des Neurons ändern, und damit gleichfalls Aktionspotential-basierte Informationsverarbeitung. Diese Arbeit identifiziert die sogenannte "saddle-node-loop" (Sattel-Knoten-Schlaufe) Bifurkation als den Übergang, der besonders drastische funktionale Auswirkungen hat. Neben der Änderung neuronaler Filtereigenschaften sowie der Ankopplung an Stimuli, führt die "saddle-node-loop" Bifurkation zu einer Erhöhung der Netzwerk-Synchronisation, was möglicherweise für das Auslösen von Anfällen durch Temperatur, wie bei Fieberkrämpfen, interessant sein könnte.Signal processing in nervous systems is shaped by the connectome as well as the cellular properties of nerve cells. In this thesis, two cellular properties are investigated with respect to the functional adaptations they provide: It is shown that neuronal morphology can improve signal transmission under energetic constraints, and that even small changes in biophysical parameters can switch spike generation, and thus information encoding. In the first project of the thesis, mathematical modeling and data are deployed to suggest energy-efficient signaling as a major evolutionary pressure behind morphological adaptations of cell body location: In order to save energy, the electrical signal transmission from dendrite to axon can be enhanced if a relatively small cell body is located between dendrite and axon, while a relatively large cell body should be externalized. In the second project, it is shown that biophysical parameters, such as temperature, membrane leak or capacitance, can transform neuronal excitability (i.e., the spike onset bifurcation) and, with that, spike-based information processing. This thesis identifies the so-called saddle-node-loop bifurcation as the transition with particularly drastic functional implications. Besides altering neuronal filters and stimulus locking, the saddle-node-loop bifurcation leads to an increase in network synchronization, which may potentially be relevant for the initiation of seizures in response to increased temperature, such as during fever cramps.
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Autillo-Touati, Amapola. „Etude in vitro de la morphogenèse et de la polarité neuronale : analyse en miscroscopie électronique à transmission et à balayage“. Aix-Marseille 2, 1992. http://www.theses.fr/1992AIX21901.
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Khlghatyan, Jivan, und Jivan Khlghatyan. „Regulation of glutamatergic neurotransmission, synaptic plasticity, sleep and behavior by D2-GSK3B-FXR1“. Doctoral thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/38090.
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Les études GWAS associent les variantes du gène Fxr1 à la schizophrénie, les maladies bipolaires, l’insomnie et la durée du sommeil. Gsk3β peut directement phosphoryler et ainsi réguler négativement Fxr1. De plus, les interactions fonctionnelles entre Gsk3β et Fxr1 sont associées avec la stabilité émotionnelle chez les humains. Comment Gsk3β-Fxr1 régule l’activité neuronale, la plasticité et le comportement reste inconnu. Gsk3β peut être activé en aval des récepteurs D2 de dopamine. L’activité de Gsk3β peut être modulée par les stabilisateurs d’humeur, les antipsychotiques et les antidépresseurs en régulant des comportements. Néanmoins, les corrélations neuroanatomiques de Gsk3β en aval des récepteurs D2 restent inexplorées. Nous avons étudié, en premier lieu, les relations de Gsk3β-Fxr1 avec l’activité neuronale et les comportements. Nous avons découvert que Fxr1 et son régulateur négatif Gsk3β affectent les comportements liés à l’anxiété ainsi que la neurotransmission glutamatergique via la régulation des récepteurs AMPA synaptiques. Deuxièmement, nous avons exploré l’Implication de Gsk3β-Fxr1 dans la plasticité synaptique et le sommeil. Nous avons constaté que Fxr1 est le régulateur central («maître») de la mise à l’échelle synaptique homéostatique. D’ailleurs, il est aussi engage dans l’homéostasie du sommeil et module la force synaptique en régulant les transcripts impliqués dans la synthèse locale des protéines et la structure synaptique. Troisièmement, dans le but de comprendre les corrélations neuroanatomiques nous avons généré une carte des neurones exprimant des récepteurs D2 de tout le cortex et leurs projections. En quatrième lieu, nous avons visé d’investiguer les fonctions de Gsk3β en aval des récepteurs D2 dépendamment de leur emplacement anatomique. L’invalidation (knockout) intersectoriel de Gsk3β dans les neurones D2 du cortex préfrontal murin par CRISPR/Cas9 nous a permis de révéler sa contribution dans la régulation des comportements cognitifs, sociaux et de ceux associés à l’humeur. En résumé, cette thèse de doctorat élucide les fonctions de Fxr1 dans le cerveau tout en démontrant l’utilité du CRISPR/Cas9 dans le ciblage génétique ayant pour but d’explorer les fonctions des gènes spécifiquement dans un circuit donné.Les études GWAS associent les variantes du gène Fxr1 à la schizophrénie, les maladies bipolaires, l’insomnie et la durée du sommeil. Gsk3β peut directement phosphoryler et ainsi réguler négativement Fxr1. De plus, les interactions fonctionnelles entre Gsk3β et Fxr1 sont associées avec la stabilité émotionnelle chez les humains. Comment Gsk3β-Fxr1 régule l’activité neuronale, la plasticité et le comportement reste inconnu. Gsk3β peut être activé en aval des récepteurs D2 de dopamine. L’activité de Gsk3β peut être modulée par les stabilisateurs d’humeur, les antipsychotiques et les antidépresseurs en régulant des comportements. Néanmoins, les corrélations neuroanatomiques de Gsk3β en aval des récepteurs D2 restent inexplorées. Nous avons étudié, en premier lieu, les relations de Gsk3β-Fxr1 avec l’activité neuronale et les comportements. Nous avons découvert que Fxr1 et son régulateur négatif Gsk3β affectent les comportements liés à l’anxiété ainsi que la neurotransmission glutamatergique via la régulation des récepteurs AMPA synaptiques. Deuxièmement, nous avons exploré l’Implication de Gsk3β-Fxr1 dans la plasticité synaptique et le sommeil. Nous avons constaté que Fxr1 est le régulateur central («maître») de la mise à l’échelle synaptique homéostatique. D’ailleurs, il est aussi engage dans l’homéostasie du sommeil et module la force synaptique en régulant les transcripts impliqués dans la synthèse locale des protéines et la structure synaptique. Troisièmement, dans le but de comprendre les corrélations neuroanatomiques nous avons généré une carte des neurones exprimant des récepteurs D2 de tout le cortex et leurs projections. En quatrième lieu, nous avons visé d’investiguer les fonctions de Gsk3β en aval des récepteurs D2 dépendamment de leur emplacement anatomique. L’invalidation (knockout) intersectoriel de Gsk3β dans les neurones D2 du cortex préfrontal murin par CRISPR/Cas9 nous a permis de révéler sa contribution dans la régulation des comportements cognitifs, sociaux et de ceux associés à l’humeur. En résumé, cette thèse de doctorat élucide les fonctions de Fxr1 dans le cerveau tout en démontrant l’utilité du CRISPR/Cas9 dans le ciblage génétique ayant pour but d’explorer les fonctions des gènes spécifiquement dans un circuit donné.
Variants in Fxr1 gene are GWAS-associated to schizophrenia, bipolar disorders, insomnia, and sleep duration. Gsk3β can directly phosphorylate and negatively regulate Fxr1. Moreover, functional interaction between Gsk3β and Fxr1 is associated with emotional stability in humans. How Gsk3β-Fxr1 regulates neuronal activity, plasticity and behaviors remains unclear. Gsk3β can be activated downstream of dopamine D2 receptors. Gsk3β activity can be modulated by mood stabilizers, antipsychotics and antidepressants to regulate behaviors. Nevertheless, neuroanatomical correlates of Gsk3β functions downstream of D2 receptors remain elusive. First, we investigated the relationship of Gsk3β-Fxr1 to neuronal activity and behaviors. We discovered that Fxr1 and its negative regulator Gsk3β affect anxiety-related behaviors and glutamatergic neurotransmission via regulation of synaptic AMPA receptors. Second, we addressed the involvement of Gsk3β-Fxr1 in synaptic plasticity and sleep. We discovered that Fxr1 is a master regulator of homeostatic synaptic scaling. Moreover, it is engaged during sleep homeostasis to modulate synaptic strength via regulation of transcripts involved in local protein synthesis and synaptic structure. Third, to understand neuroanatomical correlates of D2 receptor signaling we generated a cortex-wide map of D2 expressing neurons and their projection targets. Fourth, we aimed to understand anatomically defined functions of Gsk3β downstream of D2 receptors. CRISPR/Cas9 mediated intersectional knockout of Gsk3β in D2 neurons of mPFC elucidated its contribution to the regulation of cognitive, social and mood-related behaviors. Overall, this thesis sheds light on brain functions of a GWAS-identified risk gene Fxr1 and shows the utility of intersectional CRISPR/Cas9 mediated genetic targeting for the interrogation of circuitspecific functions of genes.
Variants in Fxr1 gene are GWAS-associated to schizophrenia, bipolar disorders, insomnia, and sleep duration. Gsk3β can directly phosphorylate and negatively regulate Fxr1. Moreover, functional interaction between Gsk3β and Fxr1 is associated with emotional stability in humans. How Gsk3β-Fxr1 regulates neuronal activity, plasticity and behaviors remains unclear. Gsk3β can be activated downstream of dopamine D2 receptors. Gsk3β activity can be modulated by mood stabilizers, antipsychotics and antidepressants to regulate behaviors. Nevertheless, neuroanatomical correlates of Gsk3β functions downstream of D2 receptors remain elusive. First, we investigated the relationship of Gsk3β-Fxr1 to neuronal activity and behaviors. We discovered that Fxr1 and its negative regulator Gsk3β affect anxiety-related behaviors and glutamatergic neurotransmission via regulation of synaptic AMPA receptors. Second, we addressed the involvement of Gsk3β-Fxr1 in synaptic plasticity and sleep. We discovered that Fxr1 is a master regulator of homeostatic synaptic scaling. Moreover, it is engaged during sleep homeostasis to modulate synaptic strength via regulation of transcripts involved in local protein synthesis and synaptic structure. Third, to understand neuroanatomical correlates of D2 receptor signaling we generated a cortex-wide map of D2 expressing neurons and their projection targets. Fourth, we aimed to understand anatomically defined functions of Gsk3β downstream of D2 receptors. CRISPR/Cas9 mediated intersectional knockout of Gsk3β in D2 neurons of mPFC elucidated its contribution to the regulation of cognitive, social and mood-related behaviors. Overall, this thesis sheds light on brain functions of a GWAS-identified risk gene Fxr1 and shows the utility of intersectional CRISPR/Cas9 mediated genetic targeting for the interrogation of circuitspecific functions of genes.
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Gleizes, Marie. „Ectonucléotidases, adénosine et transmission synaptique“. Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30306/document.
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Dans le cerveau, les fonctions de la phosphatase alcaline non spécifique des tissus (TNAP) ne sont pas clairement identifiées. La localisation et l'expression de cette enzyme au niveau neuronal suggère cependant, qu'elle joue un rôle important dans le développement et le fonctionnement du cerveau. Cela est supporté par la présence de graves crises d'épilepsie chez les humains porteurs d'une mutation de la TNAP. Ces crises d'épilepsie sont létales chez les souris KO pour la TNAP. Des études chez la souris montrent que la TNAP pourrait réguler l'inhibition postsynaptique médiée par le GABA et elle pourrait être impliquée dans l'inhibition présynaptique médiée par l'adénosine. L'adénosine est, en partie, synthétisée via la déphosphorylation successive de l'ATP en ADP puis en AMP par des ectonucléotidases. Parmi elles, la TNAP et l'ecto- 5'-nucléotidase (NT5E) catalysent l'hydrolyse de l'AMP en adénosine dans le cortex cérébral. L'adénosine agit principalement au niveau présynaptique par l'intermédiaire des récepteurs A1. Ainsi l'adénosine a une influence sur la transmission synaptique et sur la plasticité synaptique. Ceci pourrait expliquer, en partie, les crises d'épilepsie observées chez les souris KO pour la TNAP. Les deux objectifs principaux de ma thèse ont été : (1) évaluer la contribution de la TNAP dans la production d'adénosine dans le cerveau ; (2) étudier l'influence de l'adénosine sur la plasticité synaptique. Premièrement, l'étude de la contribution de la TNAP dans la production d'adénosine dans le cerveau a été réalisée au moyen de deux approches complémentaires. Une approche métabolomique (spectroscopie RMN du proton) sur des cerveaux entiers de souris KO pour la TNAP a permis de montrer que la TNAP participe, entre autre, à la synthèse d'adénosine dans le cerveau. Une deuxième approche, électrophysiologique sur tranches de cerveaux de souris in vitro, nous permet d'examiner les conséquences de l'inhibition des ectonucléotidases intervenant dans la synthèse de l'adénosine. Elle a révélé que l'inhibition des ectonucléotidases (TNAP et NT5E) ne supprime pas l'effet inhibiteur de l'AMP médiée par les récepteurs A1. Deuxièmement, nous avons étudié l'influence de l'adénosine sur la plasticité synaptique à courte terme. Nous avons enregistré des potentiels de champs dans la couche Ia du cortex piriforme en réponse à des stimulations électriques (3,125 à 100 Hz) présentée avec des fréquences recouvrant la gamme d'oscillations physiologiques. Nos résultats montrent qu'avec de fortes concentrations d'adénosine, la facilitation est accentuée par rapport à celle observée en situation contrôle. Cet effet est observé pour des fréquences supérieures ou égales à 25 Hz. De plus, cette accentuation est d'autant plus grande que la fréquence est élevée (maximum atteint à 100 Hz pour 100 µM). En bloquant l'action de l'adénosine endogène, l'effet contraire est observé : une facilitation déficitaire par rapport au contrôle et dont le défaut est croissant avec la fréquence de stimulation. Tous ces résultats convergent vers l'hypothèse qu'une déficience en TNAP, traduite par une absence d'adénosine, pourrait contribuer au maintien des processus épileptiques générés par un déséquilibre de l'inhibition et de l'excitation dû à une diminution de GABA. L'effet inhibiteur de l'AMP médié par les récepteurs A1 ne serait pas suffisant pour contrecarrer les crises d'épilepsie observées chez les sujets hypophosphatasiques et les souris KO pour la TNAPThe functions of Tissue Nonspecific Alkaline Phosphatase (TNAP) in the brain are not clearly identified. The localization and expression of TNAP at the neuronal level, however, suggests that it plays a prominent role in the development and the function in the brain. This is supported by the presence of severe epileptic seizures in humans carrying TNAP mutation. These epileptic seizures are lethal in TNAP KO mice. Studies in mice show that TNAP could regulate GABA-mediated postsynaptic inhibition and may be involved in presynaptic inhibition mediated by adenosine. Adenosine is, partly, synthesized via the successive dephosphorylation of ATP to ADP and then to AMP by ectonucleotidases. Among them TNAP and ecto-5'-nucleotidase (NT5E) are able to hydrolyze AMP into adenosine. Adenosine acts mainly at the presynaptic level via A1 receptors activation. Adenosine has an influence on synaptic transmission and thus on synaptic plasticity. This could partly explain the epileptic seizures observed in TNAP knock-out mice. The two main purposes of my thesis were: (1) to evaluate the contribution of TNAP in adenosine production in the brain; (2) to study the influence of adenosine on synaptic plasticity. Firstly, the study of the contribution of TNAP in adenosine production in the brain was carried out using two complementary approaches. A metabolomic approach (proton NMR spectroscopy) on whole brains of TNAP KO mice showed that TNAP in involved in adenosine synthesis in the brain. In a second approach, in vitro electrophysiological recordings on mouse brain slices allowed us to examine the consequences of the inhibition of the ectonucleotidases involved in adenosine synthesis. This revealed that inhibition of ectonucleotidases (TNAP and NT5E) did not suppress the inhibitory effect of AMP mediated by A1 receptors. Secondly, we studied the influence of adenosine on short-term synaptic plasticity. Field potentials were recorded in response to electrical stimulations (3.125 to 100 Hz) applied with frequencies encompassing the range of physiological oscillation. Our results show that, with high adenosine concentrations, the facilitation is emphasized compared to that observed in the control situation. This effect is observed for frequencies greater than or equal to 25 Hz. In addition, the higher the frequency, the greater the facilitation. Finally, by blocking the action of endogenous adenosine, the opposite effect was observed: a deficient facilitation with respect to the control, whose defect was increasing with stimulation frequency. All these results converge towards the hypothesis that TNAP deficiency, expressed by absence of adenosine, could contribute to the maintenance of the epileptic processes generated by an imbalance of the neuronal inhibition and the excitation due to a decrease of GABA. AMP inhibitory effect mediated by A1 receptors, would not be sufficient to counteract epileptic seizures observed in hypophosphatasic patients and TNAP KO mice
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Delgado, Zabalza Lorena. „Electrophysiological characterization of neuronal diversity in the substantia nigra pars reticulata in control and parkinsonian mice“. Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0052.
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La substance noire réticulée (SNr) est la principale structure de sortie des ganglions de la base (BG), un réseau sous-cortical contrôlant l'élaboration des programmes moteurs ainsi que des fonctions d'apprentissage cognitives et associatives. L'identification de types de cellules distincts dans le BG a joué un rôle clé pour comprendre les propriétés et les fonctions de ce circuit. Des études récentes suggèrent que la SNr est composé de plusieurs types de cellules mais jusqu'à présent cette diversité neuronale n'a jamais été prise en compte concernant le fonctionnement normal et pathologique de ce noyau, notamment dans la maladie de Parkinson (MP). En combinant des approches immunohistochimiques et électrophysiologiques chez la lignée de souris PVCre::Ai9T, nous avons démontré que les neurones de la SNr exprimant la protéine parvalbumine (PV+) ont des propriétés anatomiques et électrophysiologiques différentes de celles des neurones ne l’exprimant pas (PV-). Notre analyse anatomique montre que les neurones PV+ et PV- sont présents à proportion égale dans la SNr, mais avec une distribution distincte, les neurones PV+ étant enrichis dans la partie latérale de la SNr alors que les neurones PV- sont présents dans la partie médiale de ce noyau. Nos enregistrements électrophysiologiques in vitro ont révélé que les neurones PV+ ont une activité électrique plus élevée que les cellules PV-. De plus, nos données indiquent que la perte de dopamine (DA) et le traitement à la L-DOPA induisent une réduction profonde de l'excitabilité des neurones PV+ de la SNr dans un modèle murin de MP (la souris 6-OHDA) sans modifier l'activité des neurones PV-.Il est bien connu que l'activité des neurones de la SNr est contrôlée par les afférences GABAergiques des neurones striataux (STR-SNr) de la voie directe (dSPN) et du globus pallidus (GP-SNr). Nous avons effectué une manipulation optogénétique de ces deux voies inhibitrices et montré que ces deux populations neuronales sont innervées de manière équivalente par le STR et le GP. Nos résultats ont également révélé que l'inhibition striatale était plus efficace que l’inhibition pallidale pour réduire l'activité des deux sous-types de neurones SNr. De plus, nous avons observé que les2synapses STR-SNr et GP-SNr affichent la même plasticité à court terme sur les neurones PV+ et PV- de la SNr. Enfin, nous avons montré que la transmission GABAergique est affectée de manière différentielle sur les cellules PV+ et PV- suite à une déplétion DAergique. D'une part, les neurones PV+ sont plus sensibles à l'inhibition striatale que les cellules PV- après une déplétion en DA. D’autre part, l’inhibition pallidale est réduite sur les neurones PV+ et augmentée sur les PV- après la perte de DA, suggérant un déséquilibre de l'inhibition pallidale entre ces deux populations SNr.Il est aussi connu que les niveaux extracellulaires de GABA sont élevés dans la SNr chez les modèles rongeurs de MP, ce qui suggère que les neurones de la SNr pourraient être inhibés de manière permanente par une inhibition dite tonique. Ainsi, Nous avons caractérisé la transmission extrasynaptique GABAergique dans la SNr des souris témoins et 6-OHDA. Nos enregistrements de patch-clamp ont révélés que les neurones PV- présentent une inhibition tonique plus importante que les cellules PV+ chez les souris témoins. La présence et l'implication des sous-unités δ et α5 dans les récepteurs GABAA extrasynaptiques ont également été étudiées, révélant une présence et un effet majeurs des sous-unités α5 sur les neurones PV. Cependant, contrairement à ce qui était attendu, la déplétion chronique en DA ne provoque aucun changement de l'inhibition tonique ni dans les cellules PV+ ni dans les neurones PV- de la SNr.Nos résultats mettent en évidence l'importance de différencier les populations cellulaires de la SNr pour une meilleure connaissance du fonctionnement des BG en situation physiologique et physiopathologique tel que dans la MPThe substantia nigra pars reticulate (SNr) is the main output structure of the basal ganglia (BG), a subcortical network controlling the elaboration of motor programs as well as cognitive and associative learning functions. The identification of distinct cell-types within the BG has played a key role for understanding the properties and functions of this circuit. Recent studies suggest that the SNr is composed of several cell types but until now this neuronal diversity has never been taken into consideration regarding normal and pathological functioning of this nucleus, particularly in Parkinson’s disease (PD). By combining immunohistochemical and electrophysiological approaches in the PVCre::Ai9T mouse line, we have demonstrated that SNr neurons expressing the protein parvalbumin (PV+) exhibit different anatomical and electrophysiological properties than non PV-expressing (PV-) neurons. Our anatomical analysis reveal that PV+ and PV- neurons are present in equal proportion in the SNr, but with a distinct distribution, PV+ being enriched in the lateral part of the SNr, while PV- are found in the medial portion of the nucleus. In vitro electrophysiological recordings from identified PV+ and PV- neurons in the SNr also revealed that PV+ neurons fired at relatively higher rates than PV- cells. Additionally, our data revealed that DA loss and subsequent L-DOPA treatment induce a profound reduction of the excitability of PV+ SNr neurons in a 6-OHDA mouse model of PD while activity of PV- remains unchanged by these treatments.It is well known that the activity of SNr neurons is controlled by GABAergic inputs from striatal dSPN and the GP. We performed optogenetic manipulation of STR-SNr and GP-SNr inputs in order to determine whether PV+ and PV- SNr neurons received equivalent inputs from these two nuclei. We tested the impact of STR-SNr or GP-SNr activation on the activity of SNr neurons in cell-attached configuration and then switched to whole-cell voltage-clamp to characterize short-term plasticity of these synapses. Our results show that both PV+ and PV- SNr neurons are innervated by the STR and the GP. They also revealed that inhibition from dSPN was more powerful to silence activity of both subtypes of SNr neurons. Indeed, we observed that both STR-SNr and GP-SNr synapses displayed short-term depression in PV+ and PV- SNr neurons. DA loss affected GABA transmission in a different manner in PV+ and PV- SNr cells. On one hand, PV+ neurons were more sensible to striatal synaptic inhibition than PV- cells after DA depletion. On the other hand, PV-GP inputs were reduced on PV+ neurons and increased in PV- cells after DA loss suggesting a disequilibrium in pallidal inhibition between these two SNr populations.Furthermore, considering that rodent models of PD have shown elevated extracellular levels of GABA in the SNr which can exert a tonic extrasynaptic inhibition on SNr neurons, we decided to characterize GABAergic extrasynaptic transmission in the SNr of control and 6-OHDA lesioned mice. We studied GABAA mediated tonic inhibition by performing whole-cell patch-clamp recordings of PV+ and PV- SNr neurons in acute slices. We observed that PV- SNr neurons displayed larger GABAA receptor-mediated tonic currents than PV+ cells in the SNr of control mice. The presence and involvement of δ and/or α5 extrasynaptic subunits in GABAA receptors mediating this type of transmission was also studied, revealing a major presence and effect of α5-subunits on PV- neurons probably mediating the tonic currents observed in these neurons. However, contrary to expected, chronic DA-depletion did not trigger any increase in tonic inhibition neither in PV+ cells nor in PV- SNr neurons.All these findings highlight the importance of differentiating cell populations in the SNr to a better knowledge of the BG circuit in normal and pathological states such as in PD
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Kadiri, Nabila. „Modulation de la transmission synaptique excitatrice glutamatergique et de l'excitabilité neuronale par la neurotensine et la galanine dans la corne dorsale de moelle épinière de rat“. Strasbourg, 2010. http://www.theses.fr/2010STRA6249.
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La corne dorsale de la moelle épinière est le premier lieu d’intégration des informations nociceptives en provenance de la périphérie. Le traitement de ces informations met en jeu des interneurones excitateurs et inhibiteurs, et la proportion relative d’excitation ou d’inhibition dans ce réseau neuronal va déterminer l’intensité du message transmis. L’activité de ce réseau peut être modulée par des neuropeptides. La neurotensine (NT) et la galanine (GAL) ont des effets antinociceptifs ou pronociceptifs qui ont été décrits in vivo. Le but de mon travail de thèse a été de caractériser leurs effets cellulaires et moléculaires sur les interneurones des couches I à III de la corne dorsale et sur la transmission synaptique glutamatergique. Nos résultats montrent que ces deux neuropeptides exercent des effets opposés sur les neurones de la corne dorsale. Au niveau présynaptique, la NT augmente la libération de glutamate tandis que la GAL inhibe cette libération. Au niveau postsynaptique, la NT induit un courant entrant, correspondant à un courant dépolarisant, alors que la GAL induit un courant sortant. Ces effets de la NT et de la GAL sont dus aux récepteurs NTS1 et GAL1. L’inhibition de la PKC ou de la voie ERK1/2 des MAPK empêche totalement les effets de la NT mais les effets de la GAL persistent. Enfin, la NT et la GAL exercent leurs actions en agissant sur des canaux potassium. La NT ferme des canaux K2P du potentiel de repos. Ce travail de thèse a permis de montrer que la NT et la GAL participent à une régulation fine de la transmission synaptique glutamatergique dans la corne dorsale et contribuent ainsi à la modulation des informations somatosensorielles au niveau spinalDorsal horn of the spinal cord is the first place of integration of nociceptive information incoming from the periphery. The processing of such information involves excitatory and inhibitory interneurones, and the relative proportion of excitation or inhibition in the neuronal network will determine the intensity of the transmitted message. The activity of this network can be modulated by neuropeptides. Neurotensin (NT) and galanin (GAL) have antinociceptive or pronociceptifs effects which have been described in vivo. The purpose of my thesis was to characterize their cellular and molecular effects on the interneurones of layers I to III of the dorsal horn and glutamatergic synaptic transmission. Our results show that both neuropeptides exert opposite effects on neurones in the dorsal horn. At the presynaptic level, NT increases glutamate release while GAL inhibits it. At the postsynaptic level, NT induce an inward current, corresponding to a depolarizing current, whereas the GAL induce an outward current. By pharmacological approachs, we showed that these effects of NT and GAL are due to NTS1 and GAL1 receptors. Inhibition of PKC or ERK1 / 2 MAPK pathway completely prevents the effects of NT whereas the effects of GAL persist. Finally, NT and GAL exert their actions by acting on potassium channels. We showed that NT causes the closure of background channels (also named resting potential channels or K2P). This thesis showed that NT and GAL involved in fine regulation of glutamatergic synaptic transmission in the dorsal horn and contribute to the modulation of somatosensory information at the spinal level
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Arbez, Nicolas. „Etude des effets des peptides amyloïdes : du fonctionnement de la synapse aux modifications du cytosquelette dans l'apoptose neuronale“. Phd thesis, Université René Descartes - Paris V, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00069706.
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L'accumulation du peptide amyloïde Aβ semble être le facteurs décisif dans laphysiopathologie de la maladie d'Alzheimer.
Au cours de ce travail, nous avons montré différents effets de ces peptides.
Nous avons montré les effets de différents types de peptides amyloïdes sur les
courants calciques des neurones de l'hippocampe. Ainsi, l'Aβ(25-35) augmente les courants
calciques de type L alors que l'Aβ(1-40) ceux de types non-L.
Ensuite, l'application de peptide Aβ diminue les courants postsynaptiques excitateurs
évoqués mais également des courants miniatures spontanés. Ces diminutions seraient dues à
une internalisation des récepteurs AMPA et impliquent des processus inflammatoires et
l'activation de voies de transduction.
Enfin, lors de l'apoptose neuronale induite par le peptide amyloïde la β-tubuline de
classe III est exclue des microtubules et forme des agrégats cytoplasmiques. Ces effets ne sont
pas dus à des changements dans les modifications post-traductionnelles de la tubuline.
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Droste, Felix. „Signal transmission in stochastic neuron models with non-white or non-Gaussian noise“. Doctoral thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät, 2015. http://dx.doi.org/10.18452/17294.
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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Einfluss von nicht-weißem oder nicht-Gauß’schem synaptischen Rauschen auf die Informationsübertragung in stochastischen Neuronenmodellen. Ziel ist es, zu verstehen, wie eine Nervenzelle ein Signal in ihrer Pulsaktivität kodiert. Synaptisches Rauschen beschreibt hier den Einfluss anderer Nervenzellen, die nicht das interessierende Signal tragen, aber seine Übertragung durch ihre synaptische Wirkung auf die betrachtete Zelle beeinflussen. In stochastischen Neuronenmodellen wird diese Hintergrundaktivität durch einen stochastischen Prozess mit geeigneter Statistik beschrieben. Ist die Rate, mit der präsynaptische Pulse auftreten, hoch und zeitlich konstant, die Wirkung einzelner Pulse aber verschwindend gering, so wird das synaptische Rauschen durch einen Gauß’schen Prozess beschrieben. Oft wird zudem angenommen, dass das Rauschen unkorreliert (weiß) ist. In dieser Arbeit wird neuronale Signalübertragung in dem Fall untersucht, dass eine solche Näherung nicht mehr gerechtfertigt ist, d.h. wenn der synaptische Hintergrund durch einen stochastischen Prozess beschrieben werden muss, der nicht weiß, nicht Gauß’sch, oder weder weiß noch Gauß’sch ist. Mittels Simulationen und analytischer Rechnungen werden drei Szenarien behandelt: Zunächst betrachten wir eine Zelle, die nicht ein, sondern zwei Signale empfängt, welche zusätzlich durch synaptische Kurzzeitplastizität gefiltert werden. In diesem Fall muss der Hintergrund durch ein farbiges Rauschen beschrieben werden. Im zweiten Szenario betrachten wir den Fall, dass der Effekt einzelner Pulse nicht mehr als schwach angenommen werden kann. Das Rauschen ist dann nicht mehr Gauß’sch, sondern ein Schrotrauschen. Schließlich untersuchen wir den Einfluss einer präsynaptischen Population, deren Feuerrate nicht zeitlich konstant ist, sondern zwischen Phasen hoher und niedriger Aktivität, sogenannten up und down states, springt. In diesem Fall ist das Rauschen weder weiß noch Gauß’sch.This thesis is concerned with the effect of non-white or non-Gaussian synaptic noise on the information transmission properties of single neurons. Synaptic noise subsumes the massive input that a cell receives from thousands of other neurons. In the framework of stochastic neuron models, this input is described by a stochastic process with suitably chosen statistics. If the overall arrival rate of presynaptic action potentials is high and constant in time and if each individual incoming spike has only a small effect on the dynamics of the cell, the massive synaptic input can be modeled as a Gaussian process. For mathematical tractability, one often assumes that furthermore, the input is devoid of temporal structure, i.e. that it is well described by a Gaussian white noise. This is the so-called diffusion approximation (DA). The present thesis explores neuronal signal transmission when the conditions that underlie the DA are no longer met, i.e. when one must describe the synaptic background activity by a stochastic process that is not white, not Gaussian, or neither. We explore three distinct scenarios by means of simulations and analytical calculations: First, we study a cell that receives not one but two signals, additionally filtered by synaptic short-term plasticity (STP), so that the background has to be described by a colored noise. The second scenario deals with synaptic weights that cannot be considered small; here, the effective noise is no longer Gaussian and the shot-noise nature of the input has to be taken into account. Finally, we study the effect of a presynaptic population that does not fire at a rate which is constant in time but instead undergoes transitions between states of high and low activity, so-called up and down states.
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Sibille, Jérémie. „Activity-dependent astroglial potassium and calcium signals contribute to hippocampal short-term plasticity“. Paris 7, 2013. http://www.theses.fr/2013PA077284.
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I- Les astrocytes contribuent à la neurotransmission par une variété de mécanismes, allant de l'isolation de la synapse à la signalisation dynamique. Ces cellules ont une signalisation dynamique qui leur permet à la fois de détecter l'activité neuronale grâce à des canaux ioniques, des récepteurs ou des transporteurs aux différents neurotransmetteurs, et de répondre de manière appropriée par une signalisation calcique élaborée, par une plasticité morphologique ou bien par le relargage de nombreuses substances neuroactives. Cependant la nature, la plasticité, et l'impact des courants induits par l'activité neuronale sur la plasticité synaptique à court-terme est encore élusive dans les astrocytes de l'hippocampe. Nous avons montré qu'une stimulation unique des collatérales de Schaeffer dans des tranches d'hippocampe induit dans les astrocytes de stratum radiatum un courant entrant, complexe et prolongé, lui-même synchronisé à la transmission synaptique rapide des cellules pyramidales de la région CAl. Ce courant est constitué de trois composantes: un courant potassique lent, sous-tendu par les canaux Kir4. 1, un courant de transporteur au glutamate transitoire et un courant résiduel lent, partiellement sous-tendu par des transporteurs au GABA et d'autres canaux potassiques que le Kir4. 1. Tous les courants présentent une plasticité à court-termeactivité dépendante, cependant seul le courant astrocytaire de transporteur au glutamate présente une plasticité de type neuronale. Étant donné que 80% du courant astrocytaire évoqué synaptiquement est sous-tendu par les canaux potassiques de type Kir4. 1, nous avons investigué son effet sur la plasticité synaptique à court-terme de l'hippocampe, en combinant l'électrophysiologie à la modélisation mathématique. En utilisant la souris invalidée pour le gène Kir 4. 1 sélectivement dans les cellules gliales, nous avons trouvé que les canaux Kir4. 1 diminuent les réponses synaptiques aux stimulations répétitives ainsi que la potentialisation post-tétanique. Afin de d'identifier la voie de signalisation et la dynamique du cycle potassique entre les astrocytes et les neurones pendant l'activité neuronale, nous avons construit un modèle mathématique de trois compartiments qui quantifie les échanges de potassium entre les neurones, les cellules gliales et l'espace extracellulaire. Nous avons trouvé que les canaux Kir4. 1 sont responsables de la lente capture de potassium pendant l'activité neuronale, ce qui régule l'excitabilité neuronale dans des conditions tant physiologiques que pathologiques. Finalement, nous avons investigué la signalisation calcique activité-dépendante dans les astrocytes des régions CA1 et CA3 de l'hippocampe ainsi que son impact sur la transmission et la plasticité synaptique à court terme Nous avons trouvé que bien que de tels signaux régulent l'activité synaptique des synapses des collatérales de Schaeffer dans la région CA1, son effet n'est que modeste sur la synapse de la fibre moussue dans la région CA3. Cela est probablement dû à la différence de couverture astrocytaire des synapses dans ces deux régions de l'hippocampe, comme le suggère les études de microscopie électronique ainsi que le patron différentiel d'expression de la connexine 30, une protéine astrocytaire qui détermine la localisation synaptique des prolongements astrocytaires. De façon remarquable, la connexine 30 dans les astrocytes régule fortement la plasticité à court terme des synapses des fibres moussues dans la région CA3 de l'hippocampe, révélant ainsi le rôle important des astrocytes dans la régulation synaptique des niveaux de glutamate.
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Saliba, Layal. „Etude de la transmission glutamatergique et des effets de l'ozone dans le noyau du tractus solitaire de rat adulte“. Aix-Marseille 2, 2009. http://www.theses.fr/2009AIX20722.
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Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'étude des mécanismes d'intégration de l'information viscérale en réponse à des perturbations environnementales. La première partie de nos résultats suggère que les neurones du noyau du tractus solitaire (NTS) pourraient utiliser un mode de neurotransmission différent en fonction de leur lieu de projection. Dans les neurones impliqués dans la genèse des réflexes vitaux comme la respiration, l'absence majoritaire de courant iA et une transmission synaptique s'appuyant essentiellement sur les récepteurs AMPA avec des récepteurs NMDA peu accessibles, permettrait un traitement très précis et fiable de l'information. A l'inverse, dans les neurones impliqués dans l'élaboration des sensations viscérales comme la sensation de gêne respiratoire, la présence d'un important courant iA ainsi qu'une transmission synaptique faisant intervenir des récepteurs NMDA périsynaptiques permettraient une modulation facile de la transmission ainsi qu'une activation globale de certaines régions. La deuxième partie de ce travail montre que l'inhalation d'ozone induit une activité neuronale dans les régions du NTS de rat adulte où arrivent les afférences pulmonaires, aux doses qui provoquent une inflammation pulmonaire comparable à celle provoquée par les pics de pollution atmosphériques chez certains humains. L'inflammation pulmonaire et l'activité neuronale induites par l'inhalation d'ozone augmentent dès les premières heures d'exposition et se maintiennent tant que le stimulus est présent. La suite de ces travaux vise à déterminer si l'ozone provoque une inflammation neuronale et à caractériser ses effets sur la neurotransmission en particulier dans le NTSThis work joins within the framework of studies about the mechanisms of integration of the visceral information in response to environmental disturbances. In the first part of this work, our results suggest that neurons of the nucleus of tractus solitarii (NTS) could use different neurotransmission modes according to their projection pathway. In neurons involved in vital reflexes such as those regulating respiration, the lack of important iA current, as well as a synaptic transmission which depends mostly on AMPA receptors with less accessible NMDA receptors, would induce a very precise and highly reliable treatment of the information. On the contrary, in neurons implicated in the elaboration of visceral sensations such as respiratory distress, the presence of an important iA current, as well as a synaptic transmission involving perisynaptic NMDA receptors, would allow an easy modulation of the neurotransmission and a global activation of some brain areas. In the second part of this work, we show that ozone inhalation induces a neuronal activity in regions of adult rat NTS receiving pulmonary afferences, at doses causing a lung inflammation comparable to that provoked by atmospheric peaks of pollution to certain humans. Pulmonary inflammation and neuronal activity inferred by ozone inhalation increase from the first hours of exposure and remain high as long as stimuli is present. The continuation of this work aims to determine if ozone induces a neuronal inflammation, and to characterize its effects on the neurotransmission particularly in the NTS
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Panatier, Aude. „Rôle des astrocytes dans le contrôle de l'activité des récepteurs NMDA et dans laplasticité synaptique à long terme dans le noyau supraoptique chez le rat“. Bordeaux 2, 2006. http://www.theses.fr/2006BOR21384.
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Au modèle classique de la synapse, constitué par les éléments présynaptique et postsynaptique neuronaux, il convient d'ajouter un troisième partenaire, le processus astrocytaire, qui non seulement détecte et intègre le signal synaptique, mais peut également y répondre en libérant des substances actives : les gliotransmetteurs. Mon travail est centré sur le rôle des astrocytes dans la transmission synaptique excitatrice glutamatergique et notamment, sur le contrôle de l'activité des récepteurs glutamatergiques de type NMDA dans le noyau supraoptique (NSO) de l'hypothalamus. J'ai tout d'abord montré que ces récepteurs étaient responsables de l'induction de différentes formes de plasticité synaptique à long terme dans cette structure. Leur activation requiert la liaison non seulement du glutamate mais également d'un co-agoniste, la glycine ou la D-sérine. Etant donné que la D-sérine est synthétisée et libérée par les astrocytes, cet acide aminé constitue un candidat idéal pour étudier l'influence de l'environnement astrocytaire des synapses sur l'activité des récepteurs NMDA. Afin de tester cette hypothèse, j'ai mis à profit la diminution remarquable de la couverture astrocytaire des neurones et des synapses du NSO se produisant dans des conditions physiologiques particulières, notamment au cours de l'allaitement. Une étude principalement électrophysiologique, associée à des approches biochimiques et immunohistochimiques m'ont permis de déterminer que la D-sérine, et non la glycine, est le ligand endogène des récepteurs NMDA du NSO. Ainsi, l'activation des récepteurs NMDA du NSO requiert la liaison concomitante du glutamate et de la D-sérine. De plus, la comparaison des réponses NMDA dans deux conditions de couverture astrocytaire des neurones et des synapses, indique que les astrocytes contrôlent la concentration de D-sérine à proximité des synapses. Ceci a une conséquence directe sur la plasticité à long terme qui dépend de ces récepteurs. De tels mécanismes pourraient être généralisés aux régions du cerveau où la D-sérine est présente. Enfin, mes travaux démontrent que les astrocytes participent activement au transfert et au stockage de l'information dans le cerveauIncreasing evidence indicates that beside pre- and postsynaptic neuronal elements, astrocyte is the third element of the synapse. Indeed, it can detect, integrate and modulate synaptic signals. My work focuses on the role of astrocytes in glutamatergic synaptic transmission and more precisely in NMDA receptor (NMDAR) activity. The NMDAR is a key player in excitatory transmission. I showed that NMDARs are responsible for the induction of long-term synaptic plasticity in hypothalamic supraoptic nuclei (SON). It is known that their activation depends on the binding of both, glutamate, and a co-agonist like glycine or D-serine. Interestingly, D-serine is synthezized and released by astrocyte. Thus, this amino acid offers a unique opportunity to test the influence of astrocytic coverage of synapses on glutamatergic synaptic transmission. To this end, I took advantage of the extensive reduction of astrocytic ensheathing of neurons and synapses that SON undergoes during lactation. By combining electrophysiological recordings with biochemistry and immunochemistry, I provided direct evidence that astrocytic D-serine is the only endogenous co-agonist of NMDARs in the SON. Thus, the activation of SON NMDARs requires the binding of glutamate and D-serine, but not glycine. Moreover, by comparing NMDAR activity under different astrocytic coverage of neurons and synapses, I found that astrocytes, by releasing D-serine at glutamatergic synapses, control not only the level of activation of synaptic NMDARs but also, the activity-dependence of long-term synaptic changes. Such a mechanism might be extended to all brain regions where D-serine is present. My work clearly identifies astrocytes as key players in signalling and storage of information in the brain
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Huyghe, Déborah. „Étude du trafic polarisé de la sous-unité GluK3 des récepteurs du glutamate de type kaïnate“. Thesis, Bordeaux 2, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR21686/document.
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Les récepteurs du glutamate de type kaïnate (KAR) jouent une grande variété de rôles dans la régulation de l’activité des réseaux neuronaux. Les KARs sont localisés à la fois dans les domaines pré- et postsynaptiques et sont impliqués dans différents rôles physiologiques tels que la libération de neurotransmetteur, le contrôle de l’excitabilité neuronale. ainsi que l’intégration et la plasticité synaptique (Pinheiro et Mulle 2006). Mon sujet de thèse a consisté à étudier les mécanismes impliqués dans le trafic subcellulaire et de l'expression polarisée des récepteurs de type kaïnate contenant la sous-unité GluK3. J’ai d’abord essayé de trouver des protéines associées, cytoplasmiques, qui pourraient intervenir dans le trafic de ces récepteurs. Les approches de protéomique que j’ai utilisées n’ont pas donné de résultat. J’ai ensuite tenté de produire des anticorps dans le but de visualiser ces récepteurs dans le cerveau. Malheureusement, je n’ai pas obtenus d’anticorps suffisamment affins pour réaliser ce projet. Par des approches de mutagénése dirigée et d’expression des récepteurs recombinants dans des systèmes hétérologues ou dans des neurones d’hippocampe en culture, j’ai pu mettre en évidence que la sous-unité GluK3 est endocytée par la voie dépendante de la clathrine via un motif di-leucine cytoplasmique. L'endocytose des récepteurs est régulé par l'application d'acide kaïnique et permet une expression polarisée de GluK3b dans les dendrites. Nous avons ensuite développé un projet d'étude du trafic des récepteurs de type kaïnate hétéromériques composés des isoformes GluK3a et GluK3b. Ce projet est actuellement en cours, mais des données préliminaires semblent impliquer la sous-unité GluK3a dans le processus d'exocytose des récepteurs. Il est donc possible que l’association des deux isoformes serait nécessaire au contrôle de l'expression membranaire du récepteur (via GluK3a) et à l'adressage polarisé dans les neurones (via GluK3b). Cette hypothèse doit cependant être encore validéeGlutamate is the principal excitatory neurotransmitter in the brain. Glutamatergic synaptic transmission is mediated by three types of ionotropic receptors that have been classified according to their preferential affinity for the agonists NMDARs (N- methyl-D-aspartate receptors), AMPARs (a-amino-3-hydroxy- 5-methylisoazol-4- propionate receptors) and KARs (kainate receptors). Kainate receptors (KARs) are widely expressed in the brain and are present both at pre- and postsynaptic sites and are involved in several physiological functions. There are five subunits of KAR (GluR5-7, KA1 and KA2 or GluK1-5). One of the main project of my laboratory is to understand the function, the traffic and the regulation of GluK3 subunit, that has been involved in different neuronal desorders such as schizophrenia and depression. GluK3(GluR7)-containing KARs are thought to compose pre-synaptic autoreceptors that facilitate hippocampal mossy fiber synaptic transmission. There are two splice variants of GluK3, named GluK3a and GluK3b . GluK3a shares the same export motif as GluK2a in its C-terminal cytoplasmic domain which allows high expression at the plasma membrane in heterologous cell systems and in primary cultured neurons. In contrast, GluK3b seems to be retained in the endoplasmic reticulum (ER) and is only detected at the plasma membrane in substantial amounts when co-expressed with GluK3a. In my thesis, I have been interested in the mechanisms of polarized trafficking of GluK3 with a main focus on GluK3b. I have been able to identify molecular mechanisms that underlie the polarized trafficking of KARs composed of the GluK3b splice variant. Endocytosis followed by degradation is driven by a di-leucine motif on the cytoplasmic C-terminal domain of GluK3b both in heterologous cells and in cultured hippocampal neurons. The internalization of GluK3b is clathrin and Dynamin2 dependent. Moreover, endocytosis of GluK3b in neurons is regulated by bath application of the KAR agonist kainate. Interestingly, the preferential subcellular localization of GluK3b in dendrites or axons depends on the endocytotic process. We submitted a paper to J. of Neurosciences that show that the subcellular localization of GluK3b depends on the dynamic regulation of an endocytic process that could control the polarized trafficking of KARs in neurons in an activity- dependent manner. I also developped a second project focus on the traffic of KARs expressed as heteromers (GluK3b assembled with GluK3a). I am actually working on this project in my lab in order to send a second paper in the next months
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Inglebert, Yanis. „Règle de STDP en calcium physiologique“. Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0642/document.
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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 normalThe 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
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Suberbielle, Elsa. „Dysfonctionnement neuronal ou inflammation, les deux facettes des conséquences de la persistance du Bornavirus dans le système nerveux central : étude à l'aide d'outils de proteomique et d'immunologie“. Toulouse 3, 2008. http://www.theses.fr/2008TOU30027.
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Le Bornavirus, ou BDV, offre un modèle de choix pour l'étude de la physiopathologie des infections virales du système nerveux central (SNC). Le BDV persiste dans le SNC d'un large spectre d'espèces animales et induit diverses maladies neurologiques. Les objectifs de ce travail s'articulent autour de deux problématiques distinctes. Nous avons tout d'abord étudié les manifestations inflammatoires liées au BDV et analysé les interactions entre les cellules T cytotoxiques (CTL) antivirales et des cultures de neurones primaires. Nos résultats permettent de mieux appréhender les modalités de l'attaque neuronale par les CTL, qui est également observée dans diverses pathologies neuroinflammatoires. Par ailleurs, nous avons réalisé une analyse globale des effets de l'infection sur le protéome neuronal. Nos résultats révèlent une interférence sélective avec des fonctions impliquées dans le remodelage neuronal et fournissent de nouvelles pistes pour la compréhension de la physiopathologie du BDVBorna disease virus (BDV) is an ideal model system for investigating the diverse pathological consequences of viral infections of the central nervous system (CNS). BDV persists in the CNS of a wide range of animal species and induces diverse neurological diseases. This work was aimed at studying two different aspects of BDV infection. First, we analyzed BDV-induced inflammation by assessing the interaction between antiviral cytotoxic T lymphocytes and primary cultures of neurons. Our results provide further evidence about the modalities of neuronal insult caused by CTL, a feature that characterizes also several neuroinflammatory diseases. Second, we performed a global analysis of the impact of BDV infection on the neuronal proteome. Taken as a whole, our results reveal selective interference with biological functions implicated with neuronal remodeling and provide further insight about the physiopathology of BDV persistence in neurons
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Guimond, Damien. „Les signaux extracellulaires modèlent la transmission GABAergique dans l'hippocampe en développement : le cas de la leptine“. Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4030/document.
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La présente thèse est liée à l'étude des indices externes au réseau neuronal et comment ceux-ci impactent le développement du système nerveux central. Spécifiquement, notre objectif était d'explorer l'effet de la leptine, une hormone sécrétée par les adipocytes, sur la plasticité développementale GABAergique. Nous avons utilisé des tranches aigues d'hippocampe de rat nouveau-né pour montrer que la leptine induit une potentialisation de la fréquence de l'activité miniature GABAergique, nécessitant une augmentation postsynaptique de calcium et l'activation de voies de signalisation spécifiques. Nous avons confirmé cet effet sur des cultures de neurones hippocampiques, sur lesquelles nous avons commencé à développer une méthode pour mesurer le corrélat morphologique de la plasticité fonctionnelle des synapses GABAergiques en culture. Cette approche suggère que la plasticité GABAergique induite par la leptine pourrait survenir à densité constante de récepteurs GABAA membranaires. La leptine induit donc une potentialisation de l'activité GABAergique dans les neurones hippocampiques en développement. Enfin, nous avons trouvé que les neurones pyramidaux de CA3 reçoivent une activité miniature GABAergique réduite chez des souris ob/ob ne produisant pas de leptine, suggérant que la leptine contribue au développement de la circuiterie GABAergique in vivo. Dans l'ensemble, les études que nous présentons apportent un éclairage nouveau sur le développement d'aires cérébrales dites de « haut niveau », dont nous avons observé qu'elles intègrent des signaux dits de « bas niveau », c'est-à-dire en provenance de la périphérie afin de modeler leur développementThe present dissertation tackles the larger question of how external cues impact the development of the central nervous system. Our specific aim was to explore the effect of leptin, an adipocyte-derived hormone, on GABAergic plasticity in the developing rodent hippocampus. We used acute hippocampal slices of newborn rats to show that leptin induces a long lasting potentiation of the frequency of miniature GABAergic activity. Using pharmacological tools we found that this event requires a postsynaptic increase in intracellular calcium as well as specific postsynaptic signaling pathways. To address the mechanistic action of leptin we confirmed the leptin-induced plasticity on hippocampal cultures and began to develop a method to measure the morphological correlate of GABAergic synapses in culture. Applying this method suggested that the leptin-induced GABAergic plasticity might occur with a constant density of postsynaptic GABAA receptor puncta. Taken together, these data show that leptin induces a potentiation of GABAergic activity in developing hippocampal neurons, perhaps by recruiting clusters of GABAA receptors expressed at the membrane to form newly functional GABAergic synapses. In addition we found that CA3 pyramidal neurons of leptin-deficient ob/ob mice exhibit lower miniature GABAergic activity compared to wild type littermates, which suggests that leptin contributes to the development of the hippocampal GABAergic circuitry in vivo. Overall, these studies shed a new light on the development of admittedly "higher-level" cerebral regions which were found here to integrate "lower-level", peripheral signals to shape their development
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Gajowa, Marta. „Synaptic and cellular mechanisms underlying functional responses in mouse primary visual cortex“. Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2018. http://www.theses.fr/2018USPCB125.
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L'élaboration de l'information dans le cerveau est basée sur les propriétés des neurones qui analysent leurs inputs et génèrent les potentiels d'actions, ainsi que sur un réseau synaptique d'une complexité beaucoup plus importante que ce que l'homme peut créer. Mon projet consiste à étudier ces éléments dans le cortex visuel de la souris, pour décrire comment ils permettent aux neurones de répondre à des caractéristiques du scène visuelle. Je développe des outils optogénétiques pour pouvoir stimuler des neurones individuels in vivo, ce qui va ensuite être intégré avec des mesures de leur réponse visuelle pour déterminer le circuit synaptique fonctionnel Je vais ensuite faire des mesures précises des inputs synaptiques évoqués par les stimuli visuels, suivies des réinjections des reconstructions statistiques de ces inputs dans le même neurone, établir des limites biophysiques permettant de déchiffrer le code neuronal dans des conditions normales et pathologiquesFeature selectivity of cortical neurons, one example of functional properties in the brain, is the ability of neurons to respond to particular stimulus attributes - e.g. the receptive field of a neuron in the primary visual cortex (V1) with respect to object movement direction. This thesis contributes to understanding how feature selectivity arises in mouse V1. It is divided into two parts, each based on distinct approaches to elucidate visual processing mechanisms, the first at a population level and the second at the single neuron level. First, on a population level, I have developed tools towards an eventual project that combines 2-photon optogenetics, 2-photon imaging and traditional whole-cell electrophysiology to map functional connectivity in V1. This map will provide a link between cell tuning (i.e. cell function) and network architecture, enabling quantitative and qualitative distinction between two extreme scenarios in which cells in mouse V1 are either randomly connected, or are associated in specialized subnetworks. Here I describe the technical validation of the method, with the main focus on finding the appropriate biological preparation and reagents. Second, based on whole-cell patch recordings of single mouse V1 neurons in vivo, I characterize the neuronal input-output (I/O) transfer function using current and conductance inputs, the latter intended to mimic the biophysical properties of synapses in a functional context. I employ a novel closed-loop in vivo protocol based on a combination of current, voltage and dynamic clamp recording modes. I first measure the basic I/O transfer function of a given neuron with current and conductance steps, under current and dynamic clamp, respectively. I then measure the visually evoked spiking output, under current clamp, and the synaptic conductance input, under voltage clamp, to that neuron. Finally, I reintroduce variations of the visually-evoked conductance input to the same cell under dynamic clamp. In that manner, I describe an I/O transfer function which allows a characterization of the mathematical operations performed by the neuron during functional processing. Furthermore, modifications of the relative scaling and the temporal characteristics of the excitatory and inhibitory components of the reintroduced synaptic input, enables dissection of each component's role in shaping the spiking output, as well as to infer overall differences between various physiological cell types (e.g. regular-adapting, presumably excitatory, versus fast-spiking, presumably inhibitory, neurons). Finally, examination of the transfer functions, in particular their dependence on temporal modifications, provides insights on the relationship between the neuronal code and the biophysical properties of neurons and their network
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Compans, Benjamin. „Rôle physiologique de l’organisation des récepteurs AMPA à l’échelle nanométrique à l’état basal et lors des plasticités synaptiques“. Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0700/document.
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Le cerveau est formé d’un réseau complexe de neurones responsables de nos fonctions cognitives et de nos comportements. Les neurones reçoivent via des contacts spécialisés nommés « synapses », des signaux d’autres neurones.[...] Le mécanisme par lequel les neurones reçoivent, intègrent et transmettent ces informations est très complexe et n'est toujours pas parfaitement compris. Dans les synapses excitatrices, les récepteurs AMPA (AMPARs) sont responsables de la transmission synaptique rapide. Les récents développements en microscopie de super résolution ont permis à la communauté scientifique de changer la vision de la transmission synaptique. Une première avancée fait suite à l’observation que les AMPARs ne sont pas distribués de façon homogène dans les synapses, mais sont organisés en nanodomaines de ~ 80 nm de diamètre contenant ~ 20 récepteurs. Ce contenu est un facteur important pour déterminer l'amplitude de la réponse synaptique. En raison de la basse affinité des AMPARs pour le glutamate, un AMPAR ne peut être activé que lorsqu'il est situé dans une zone de ~ 150 nm en face du site de libération des neurotransmetteurs. Récemment, il a été montré que les nanodomaines d’AMPARs sont situés en face de ces sites de libération, formant des nano-colonnes trans-synaptiques à l'état basal. Cette organisation précise à l’échelle nanométrique semble être un facteur clé dans l'efficacité de la transmission synaptique. Une autre avancée a été l'observation que les AMPARs diffusent à la surface des neurones et sont immobilisés à la synapse pour participer à la transmission synaptique. L'échange dynamique entre le pool diffusif d’AMPARs et les récepteurs immobilisés dans les nanodomaines participe au maintien de l’efficacité de la réponse synaptique lors de stimulations à hautes fréquences. L'objectif de ma thèse a été de déterminer le rôle des paramètres indiqués ci-dessus sur les propriétés de la transmission synaptique, à l'état basal et au cours de phénomènes dits de plasticité synaptique. Tout d'abord, nous avons identifié le rôle crucial de la Neuroligine dans l'alignement des nanodomaines d’AMPARs avec les sites de libération du glutamate. En plus de cela, nous avons mis en évidence l’impact de cet alignement sur l’efficacité de la transmission synaptique en perturbant celui-ci. En parallèle, nous avons démontré que les AMPARs désensibilisés sont plus mobiles à la membrane plasmatique que les récepteurs ouverts ou fermés, et ce, en raison d'une diminution de leur affinité pour les sites d’immobilisation synaptiques. Nous avons montré que ce mécanisme permettait aux synapses de récupérer plus rapidement de la désensibilisation et d'assurer la fidélité de la transmission synaptique lors de stimulations à hautes fréquences. Enfin, les synapses peuvent moduler leurs intensités de réponse grâce à des mécanismes de plasticité synaptique à long terme, et plus particulièrement, la dépression à long terme (LTD) qui correspond à un affaiblissement durable de ce poids synaptique. [...] À la suite des découvertes précédentes concernant le rôle de la nano-organisation dynamique des AMPARs pour réguler le poids et la fiabilité de la transmission synaptique, j'ai décidé d'étudier leur rôle dans l'affaiblissement et la sélection des synapses. J'ai découvert que la quantité d’AMPAR par nanodomaine diminue rapidement et durablement. Cette première phase semble due à une augmentation de l’internalisation des AMPARs. Dans un deuxième temps, la mobilité des AMPARs augmente suite à une réorganisation moléculaire de la synapse. Ce changement de mobilité des AMPARs permet aux synapses déprimées de maintenir leur capacité à répondre aux signaux neuronaux à hautes fréquences. Ainsi, nous proposons que l'augmentation de la mobilité des AMPARs au cours de la LTD permet de transmettre une réponse fidèle dans les synapses stimulées à hautes fréquences et donc de sélectivement les maintenir tout en éliminant les synapses inactivesThe brain is a complex network of interconnected neurons responsible for all our cognitive functions and behaviors. Neurons receive inputs at specialized contact zones named synapses which convert an all or none electrical signal to a chemical one, through the release of neurotransmitters. This chemical signal is then turned back in a tunable electrical signal by receptors to neurotransmitters. However, a single neuron receives thousands of inputs coming from several neurons in a spatial- and temporal-dependent manner. The precise mechanism by which neurons receive, integrate and transmit this synaptic inputs is highly complex and is still not perfectly understood. At excitatory synapses, AMPA receptors (AMPARs) are responsible for the fast synaptic transmission. With the recent developments in super-resolution microscopy, the community has changed its vision of synaptic transmission. One breakthrough was the discovery that AMPARs are not randomly distributed at synapses but are organized in nanodomains of ~80 nm of diameter containing ~20 receptors. This content is an important factor since it will determine the intensity of the synaptic response. Due to their mM affinity for glutamate, AMPARs can only be activated when located in an area of ~150 nm in front of the neurotransmitter release site. Recently, AMPAR nanodomains have been shown to be located in front of glutamate release sites and to form trans-synaptic nanocolumns at basal state. Thus, the nanoscale organization of AMPARs regarding release sites seems to be a key parameter for the efficiency of synaptic transmission. Another breakthrough in the field was the observation that AMPARs diffuse at the cell surface and are immobilized at synapses to participate to synaptic transmission. The dynamic exchange between AMPAR diffusive pool and the receptors immobilized into the nanodomains participates to maintain the efficiency of synaptic response upon high-frequency stimulation.The overall aim of my PhD has been to determine the role of each above listed parameters on the intimate properties of synaptic transmission both at basal state and during synaptic plasticity. First, we identified the crucial role of Neuroligin in the alignment of AMPAR nanodomains with glutamate release sites. In addition, we managed to break this alignment to understand its impact on synaptic transmission properties. In parallel, we demonstrated that, due to a decrease in their affinity for synaptic traps, desensitized AMPARs diffuse more at the plasma membrane than opened or closed receptors. This mechanism allows synapses to recover faster from desensitization and ensure the fidelity of synaptic transmission upon high-frequency release of glutamate. Finally, synapses can modulate their strength through long-term synaptic plasticity, in particular, Long-Term Depression (LTD) corresponds to a long-lasting weakening of synaptic strength and is thought to be important in some cognitive processes and behavioral flexibility through synapse selective elimination. Following the previous discoveries about the impact of AMPAR dynamic nano-organization at synapses on the regulation of the synaptic transmission strength and reliability, I decided to investigate their role in the weakening of synapses. I found that AMPAR nanodomain content drops down rapidly and this depletion last several minutes to hours. The initial phase seems due to an increase of endocytosis events, but in a second phase, AMPAR mobility is increased following a reorganization of the post-synaptic density. This change in mobility allows depressed synapses to maintain their capacity to answer to high-frequency inputs. Thus, we propose that LTD-induced increase in AMPAR mobility allows to conduct a reliable response in synapses under high-frequency stimulation and thus to selectively maintain them while eliminating the inactive ones
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Jiang, Nan. „Plasticité de la transmission synaptique dans l’hippocampe et excitabilité intrinsèque dans un modèle murin de la maladie d’Alzheimer“. Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0137/document.
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La maladie d'Azheimer (MA) est une pathologie neurodégénérative qui est liée dans ses stades précoces à un dysfonctionnement synaptique et une perte de synapses. De nombreuses données cliniques obtenues chez des patients mais également des données expérimentales obtenues sur des modèles murins de la MA montrent qu'il existe un dimorphisme sexuel s'exprimant par un dépôt de plaques amyloïdes supérieur et une apparition précoce de troubles mnésiques chez les souris femelles par rapport aux souris mâles. Dans ce travail, nous avons étudié les altérations moléculaires et cellulaires de la MA ainsi que les déficits cognitifs associés chez la souris femelle APP/PS1, un modèle murin double transgénique de la MA. En parallèle nous avons étudié les altérations de la transmission et de la plasticité synaptique dans le stratum moleculare, une couche proche du gyrus dentelé (DG) en raison de la forte densité de plaques amyloïdes dans cette région de l'hippocampe.Nous avons mis en évidence la présence de nombreuses plaques amyloïdes dans le DG en quantité supérieure chez les femelles âgées de 6 mois par rapport aux mâles du même âge ainsi qu'une forte activation des cellules gliales astrocytes et microglie. Ces altérations moléculaires et cellulaires s'accompagnent de déficits mnésiques hippocampo-dépendants (test du comportement de peur conditionné et test de la nouvelle localisation spatiale d'un objet) dès l'âge de 4 mois chez les femelles alors que les mâles ne présentent aucun déficit jusqu'à l'âge de 12 mois.Nous avons alors étudié les propriétés électriques des neurones du gyrus dentelé (DG), la transmission et la plasticité de la synapse voie perforante - neurones du gyrus dentelé (synapse PP-DG) chez la souris femelle âgée de 6 mois en comparant les deux génotypes APP/PS1 vs sauvage.Les neurones du DG présentent deux populations distinctes en terme de résistance d'entrée et de patron de décharge de potentiels d'action (PAs). A l'inverse, le potentiel membranaire de repos, la résistance d'entrée, le seuil d'activation et l'amplitude du potentiel d'action ne sont pas modifiés chez la souris APP/PS1 vs la souris sauvage. La fréquence de décharge des potentiels d'action est augmentée chez la souris APP/PS1 sans que la probabilité de décharge en fonction de la pente du pied du potentiel d'action (courbe E-S) soit différente entre la souris APP/PS1 et la souris sauvage. La transmission basale à la synapse PP-DG est modifiée chez la souris APP/PS1 vs la souris sauvage sans altérations du ratio AMPA/NMDA ni de l'index de rectification AMPA. La fréquence des courants miniatures NMDA est augmentée dans les neurones DG de la souris APP/PS1 vs la souris sauvage ce qui suggère le démasquage de synapses silencieuses qui n'expriment peu ou pas de récepteurs AMPA. La potentialisation à long terme (PLT) de l'amplitude des potentiels d'action synchrone est diminuée d'environ 50% chez la souris APP/PS1. La diminution de la PLT observée chez la souris APP/PS1 est en partie liée à des altérations des propriétés intrinsèques des neurones du DG comme le montre le déplacement des courbes E-S induit par la PLT qui traduit une augmentation d'excitabilité de la souris APP/PS1.En conclusion nos résultats montrent un dimorphisme sexuel important avec un dépôt des plaques amyloïdes et une activation neuroinflammatoire des cellules gliales plus précoce chez la souris femelle vs mâle. En parallèle, des déficits importants de la mémoire hippocampale-dépendante sont observés ainsi que des altérations de la transmission et de la plasticité synaptique à la synapse voie perforante - neurones du gyrus dentelé, une synapse clé de l'intégration des informations mnésiques en provenance du cortex enthorhinalAzheimer's disease (AD) is a neurodegenerative disease that is linked in its early stage to synaptic dysfunction and loss of synapses. Numerous clinical data obtained from patients but also experimental data obtained on mouse models of AD show that there is a sexual dimorphism evidenced by a higher amyloid plaque deposition and an early onset of memory disorders in female mice compared to male mice.In this work, we investigated the molecular and cellular alterations of AD as well as the associated cognitive deficits in female APP/PS1 mice, a double transgenic murine model of AD. In parallel we studied the alterations of hippocampal synaptic transmission and plasticity in the stratum moleculare, a layer in the vicinity of the dentate gyrus (DG) which specifically displayed a high density of amyloid plaques. We showed the presence of numerous amyloid plaques in the DG in a larger amount in 6 month old females compared to age-matched males as well as a strong activation of astrocyte and microglia glial cells. These molecular and cellular alterations are accompanied by hippocampo-dependent memory deficits (contextual fear conditioning and novel object place recognition task) from the age of 4 months in females whereas males have no deficit until the age of 12 months. We then studied the electrical properties of DG neurons, the transmission and the plasticity of the perforant pathway - DG neurons (PP-DG synapse) in the 6-month old female mouse by comparing the two genotypes APP/PS1 vs wild type (WT).In both genotypes, DG neurons displayed two distinct populations in terms of input resistance and action potential discharge pattern (APs). In contrast, the resting membrane potential, the input resistance, the activation threshold and the amplitude PAs were not modified in APP/PS1 vs WT. The frequency of discharge of APs was increased in APP/PS1 without shift of E-S curve which relates EPSP-slopes to the associated AP firing probability.Basal transmission at the PP-DG synapse was altered in the APP/PS1 mouse vs WT without alterations in the AMPA/NMDA ratio or the AMPA rectification index. The frequency of the NMDA miniature currents was increased in APP/PS1 DG neurons vs WT which suggests the unmasking of silent synapses that express almost no AMPA receptors. The long term potentiation (LTP) of population spike amplitude was decreased by approximately 50% in APP/PS1 mice. The decrease in LTP observed in APP/PS1 was partly related to alterations in the intrinsic properties of DG neurons as evidenced by LTP-induced shifts of E-S curves, which reflects an increased excitability for APP/PS1 mice.In conclusion our results show a prominent sexual dimorphism with much earlier amyloid plaque deposition, neuroinflammatory glial activation in female vs male APP/PS1. In parallel, significant deficits in hippocampal-dependent memory are observed as well as alterations of synaptic transmission and plasticity at the PP-DG synapse, a key synapse of the integration of mnesic informations originated from the entorhinal cortex
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Sargolini, Francesca. „Rôle du noyau accumbens dans la mémoire spatiale et non spatiale : implications des récepteurs glutamatergiques NMDA et AMPA“. Toulouse 3, 2002. http://www.theses.fr/2002TOU30207.
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Allouch, Samar. „Modélisation inverse du système neuromusculosquelettique : application au doigt majeur“. Thesis, Compiègne, 2014. http://www.theses.fr/2014COMP2157.
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Avec le besoin de développer un organe artificiel remplaçant le doigt humain dans le cas d'un déficit et la nécessité de comprendre le fonctionnement de ce système physiologique, un modèle physique inverse du système doigt, permettant de chercher les activations neuronales à partir du mouvement, est nécessaire. Malgré le grand nombre d'études dans la modélisation de la main humaine, presque il n'existe aucun modèle physique inverse du système doigt majeur qui s'intéresse à chercher les activations neuronales. Presque tous les modèles existants se sont intéressés à la recherche des forces et des activations musculaires. L'objectif de la thèse est de présenter un modèle neuromusculo-squelettique du système doigt majeur humain permettant d'obtenir les activations neuronales, les activations musculaires et les forces musculaires des tous les muscles agissants sur le système doigt d'après l'analyse du mouvement. Le but de ce type des modèles est de représenter les caractéristiques essentielles du mouvement avec le plus de réalisme possible. Notre travail consiste à étudier, modéliser et à simuler le mouvement du doigt humain. L'innovation du modèle proposé est le couplage entre la biomécanique et les aspects neurophysiologiques afin de simuler la chaine inverse complet du mouvement en allant des données dynamiques du doigt aux intentions neuronales qui contrôlent les activations musculaires. L'autre innovation est la conception d'un protocole expérimental spécifique qui traite à la fois les données sEMG multicanal et les données cinématiques d'après une procédure de capture de mouvementWith the need to develop an artificial organ replacing the human finger in the case of a deficiency and the need to understand how this physiological system works, an inverse physical model of the finger system for estimating neuronal activations from the movement, is necessary. Despite the large number of studies in the human hand modeling, almost there is no inverse physical model of the middle finger system that focuses on search neuronal activations. Al most all existing models have focused on the research of the muscle forces and muscle activations. The purpose of the manuscript is to present a neuromusculoskeletal model of the human middle finger system for estimating neuronal activations, muscle activations and muscle forces of all the acting muscles after movement analysis. The aim of such models is to represent the essential characteristics of the movement with the best possible realism. Our job is to study, model and simulate the movement of the human finger. The innovation of the proposed model is the coupling between the biomechanical and neurophysiological aspects to simulate the complete inverse movement chain from dynamic finger data to neuronal intents that control muscle activations. Another innovation is the design of a specific experimental protocol that treats both the multichannel sEMG and kinematic data from a data capture procedure of the movement
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Hazime, Mahmoud. „Etude de l’effet de l’octadécaneuropeptide sur l’activité du cortex cérébral : intérêt pour la récupération fonctionnelle post-ischémique The gliopeptide ODN, a ligand for the benzodiazepine site of GABAA receptors, boosts functional recovery after stroke Prolonged deficit of gamma oscillations in the peri-infarct cortex of mice after stroke Bi-directional effect of the endozepine ODN on neuronal activity in vivo“. Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMR127.
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L’ischémie cérébrale demeure un problème de santé publique majeur pour lequel on manque de solution thérapeutique permettant de favoriser la récupération des fonctions perdues. L’équipe de recherche dans laquelle cette thèse fut menée a mis en évidence que l’octadécaneuropeptide (ODN), un ligand endogène du récepteur GABAA, permet d’améliorer la récupération sensori-motrice après une ischémie cérébrale chez la souris. L’objectif de cette thèse était de caractériser les effets de l’ODN sur l’activité neuronale in vivo afin de mieux comprendre par quel mécanisme ce peptide agit sur la réparation des circuits neuronaux. Dans une première partie, nous avons montré que l’ODN, in vivo, se comporte comme un pro-excitateur à une concentration micromolaire (la concentration à laquelle il permet la récupération fonctionnelle) en revanche, à faible concentration (10-12 M) l’ODN inhibe l’activité des neurones du cortex. Dans ce travail, nous proposons, sur la base d’expériences in vitro, que cette inhibition est induite par une libération astrocytaire de GABA. Dans une deuxième partie, nous avons démontré que le régime oscillatoire du cortex perilésionnel (fluctuations rythmiques de l’excitabilité neuronale) est appauvri en oscillations gamma 7 et 21 jours après une ischémie cérébrale, mais que l’ODN n’a aucun effet sur leur puissance. Ces travaux confirment l’intérêt de renforcer l’excitabilité du cortex après un AVC et montrent qu’à cette fin, l’ODN peut-être un outil pharmacologique efficaceCerebral ischemia remains a major public health problem for which there is a lack of a therapeutic solution to promote the recovery of lost functions. The research team in which this thesis was conducted found that octadecaneuropeptide (ODN), an endogenous ligand of the GABAᴀ receptor, improves sensory-motor recovery after cerebral ischemia in mice. The aim of this thesis was to characterize the effects of ODN in neural activity in vivo in order to better understand by what mechanism this peptide can act on the repair of neural circuits. In a first part, we showed that ODN, in vivo, behaves as an excitability enhancer at micromolar concentration (the concentration at which it improves functional recovery). On the other hand, at low concentrations (10¯¹² M) ODN inhibits the activity of neurons in the cortex. Based on complementary in vitro experiences, we propose that this inhibition is induced by an astrocytic release of GABA. In a second part of the thesis, we demonstrated that the oscillatory regimen of the peri-lesional cortex (rythmic fluctuations of neural excitability) is depressed in gamma oscillation 7 and 21 days after cerebral ischemia. However, ODN has no effect on the oscillatory spectral power. This work confirms the value of enhancing the excitability of the cortex after a stroke and shows that for this purpose ODN can be an effective pharmacological tool
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Masoliver, Vila Maria. „Neuronal encoding and transmission of weak periodic signals“. Doctoral thesis, Universitat Politècnica de Catalunya, 2020. http://hdl.handle.net/10803/668855.
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Sensory neurons use sequences of electrical pulses (known as action potentials or spikes) to encode and transmit information of external temporal stimuli. Neural coding is the research field that studies the relationship between external stimuli and neuronal responses. Since there is not a unique relationship between them, the mechanisms underlying neural coding are not yet fully understood. However, it is known that neurons use different mechanisms to encode external stimuli, which can be complementary or functional under different situations. An important issue is how neural noise (stochastic electrical fluctuations which do not carry any information) influences neural coding.
Here we focus on the response of noisy neurons to a weak and periodic external input. The signal is considered weak enough to be sub-threshold, i.e., by itself it does not induce spikes. However, neural noise triggers spikes, which encode the information of the weak signal. In this situation a encoding mechanism based on symbolic spike patterns has been been proposed for single (uncoupled) neurons; here we aim to determine if this mechanism is plausible for coupled neurons.
First, we use the FitzHugh-Nagumo model to study two coupled neurons. We consider the situation in which only one neuron perceives the weak signal (named as neuron 1). We characterize the role of the coupling on the encoding of the signal and we analyze the sequences of inter-spike-intervals of neuron 1 using the symbolic method (known as ordinal analysis), which can capture preferred and infrequent spike patterns (defined by the time interval between spikes). Indeed, we demonstrate that the encoding mechanism is robust to coupling: the neuron that perceives the signal fires a spike train that has preferred and infrequent spike patterns which carry information about the signal's amplitude and frequency.
Second, we apply ordinal analysis to the sequences of inter-spike-intervals generated by two coupled Morris-Lecar neurons. We investigate if different neuron types (regarding class 1 or class 2 excitability) generate similar spike sequences, and characterize the differences in signal encoding and transmission when changing the type of coupling (electrical or excitatory chemical synapses). We find that depending on the signal frequency, specific combinations of neuron/class and coupling type allow a more effective encoding, or a more effective transmission of the signal.
Third, we analyze the activity of an ensemble of neurons, when they all perceive the weak signal. We apply ordinal analysis to the spike sequences of all neurons and we demonstrate that a neuronal ensemble can also encode information of the signal in the form of preferred or infrequent spikes patterns, as one or two coupled neurons do. Also, we show that neuronal coupling is beneficial for signal encoding (because the neuronal ensemble detects signals of weaker amplitude) and that just few links among neurons can significantly improve signal encoding (because the probabilities of the preferred and the infrequent patterns take extremer values).
Taken together, the results presented in this thesis suggest that a temporal code based not on the precise timing but on the relative timing of the spikes of individual neurons is a plausible mechanism for encoding the information of weak periodic external stimuli.Les neurones sensorials disparen seqüències d'impulsos elèctrics (coneguts com a potencials d'acció) per codificar i transmetre informació d'estímuls temporals externs. La codificació neuronal és el camp d'investigació que estudia la relació entre els estímuls externs i les respostes neuronals. Atès que no hi ha una relació única entre ells, els mecanismes subjacents a la codificació neural encara no es comprenen plenament. No obstant això, se sap que les neurones utilitzen diferents mecanismes per codificar els estímuls externs, que poden ser complementaris en diferents situacions. Una qüestió important és com el soroll neuronal (fluctuacions elèctriques estocàstiques que no transmeten cap informació) influeix en la codificació neuronal. Aquí ens centrem en com les neurones responen a un senyal feble i periòdic. El senyal es considera prou feble com per ser subumbral, és a dir, per si sol no indueix a les neurones a disparar. No obstant això, el soroll neuronal desencadena potencials d'acció que codifiquen la informació del senyal feble. En aquesta situació s'ha proposat un mecanisme de codificació basat en patrons simbòlics per a neurones desacoblades; en aquesta tesis tractarem de determinar si aquest mecanisme és plausible per a neurones acoblades. Hem fet servir, primerament, el model neuronal Fitzhugh-Nagumo per estudiar dues neurones acoblades. Hem considerat la situació en la qual només una neurona percep el senyal feble (l'anomanem neurona 1). Hem caracteritzat el paper de l'acoblament en la codificació del senyal i hem analitzat les seqüències d'intervals entre potencials d'acció de la neurona 1 utilitzant el mètode anàlisi simbòlic, el qual pot capturar patrons d'impulsos elèctrics preferits i infreqüents (definits pel temps relatiu entre impulsos). De fet, hem demostrat que el mecanisme de codificació és robust a l'acoblament: la neurona que percep el senyal dispara una seqüència d'impulsos elèctrics, la qual conté patrons preferits i infreqüents que depenen de l'amplitud i freqüència del senyal. Segon, hem aplicat l'anàlisi simbòlic a les seqüències intervals entre potencials d'acció generats per dues neurones acoblades simulades amb el model neuronal Morris-lecar. Hem investigat si diferents tipus de neurones (pel que fa al tipus d'excitabilitat neuronal, classe 1 o classe 2) generen seqüències de potencials d'acció similars, i hem caracteritzat les diferències en la codificació i transmissió del senyal en canviar el tipus d'acoblament (sinapsis elèctriques o químiques excitatòries) . Establim que depenent de la freqüència del senyal, combinacions específiques de neurona/classe i tipus d'acoblament permeten una codificació més efectiva, o una transmissió més efectiva del senyal. Hem analitzat, per últim, l'activitat d'un conjunt de neurones, quan totes elles perceben el senyal feble. L'anàlisi simbòlic l'hem aplicat a les seqüències d'accions de potencials de totes les neurones i hem demostrat que un conjunt neuronal també codifica la informació del senyal en forma de patrons d'accions de potencials preferits o poc freqüents, com ho fan una sola o dues neurones acoblades. A més, hem establert que l'acoblament neuronal és beneficiós per a la codificació de senyals (el conjunt neuronal detecta senyals d'amplitud més feble) i que només uns pocs enllaços entre neurones poden millorar significativament la codificació de senyals (les probabilitats dels patrons preferits i dels poc freqüents prenen valors més extrems). En conjunt, els resultats presentats en aquesta tesi suggereixen que un codi neuronal temporal basat no en el temps precís sinó en el temps relatiu dels potencials d'acció de les neurones individuals és un mecanisme plausible per codificar la informació dels estímuls externs periòdics febles.
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Canady, Karen S. „Regulation of astrocytic structure by neuronal activity /“. Thesis, Connect to this title online; UW restricted, 1991. http://hdl.handle.net/1773/9096.
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Buehlmann, Andrés. „Information processing in the cortex: the relevance of coherent oscillations for neuronal communication“. Doctoral thesis, Universitat Pompeu Fabra, 2010. http://hdl.handle.net/10803/7566.
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Les oscil·lacions d'activitat neuronal són un fenomen omnipresent a l'escorça cerebral. La funció d'aquestes oscil·lacions, però, no està clara. ¿Són només un epifenomen de les elevades taxes de descàrrega de potencials d'acció, o representen un procés fonamental? Per tal d'aclarir aquesta qüestió, en aquest treball hem aplicat models computacionals basats en xarxes neurobiològicament plausibles per tal d'investigar alguns dels resultats experimentals recents més rellevants. Primerament, estudiem la rellevància de les oscil·lacions en processos d'atenció i després en un context més general de teoria d'informació. Els resultats donen suport a la idea que les oscil·lacions representen un mecanisme independent. Demostrem que l'atenció modula les oscil·lacions gamma de manera independent de la taxa de descàrrega de potencials d'acció. També es mostra que la transmissió d'informació entre àrees corticals depèn tant de la fase com de la potència espectral de les oscil·lacions. A més, la velocitat amb què es produeix aquesta transmissió d'informació augmenta en funció de la potència espectral en bandes de freqüències específiques. Aquests resultats suggereixen que les oscil·lacions representen un mecanisme biològicament plausible per mitjançar les interaccions entre àrees cerebrals i, per tant, per establir un vincle entre activitat neuronal i comportament.Oscillatory neuronal activity is an omnipresent phenomenon in the cerebral cortex. However, the actual function of these oscillations remains unclear. Are they just an epiphenomenon of elevated firing rates or do they represent a fundamental process on their own? Based on experimental work, we apply computational modeling to address this question. We first study the role of oscillations in attentional processes and then in a more general, information theoretical context. Our results support the idea that oscillations represent an independent mechanism. In particular, we show that attention modulates gamma oscillations independently of rates and that the flow of information between brain areas depends both on the phase and on the spectral power of oscillations. Moreover, we show that the speed of information exchange increases as a function of spectral power in specific frequency bands. Taken together, these results suggest that oscillations are a mechanism employed by the brain to control actual interactions between brain areas and thus likely have a link to behavior.
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Kruscha, Alexandra. „Information transmission by the synchronous activity of neuronal populations“. Doctoral thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, 2017. http://dx.doi.org/10.18452/18391.
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Sensorische Nervenzellen kodieren Informationen über die Umwelt mittels
elektrischer Impulse, sogenannte Aktionspotentiale oder Spikes. Diese werden
weitergeleitet zu postsynaptischen Neuronen im zentralen Nervensystem, welche
unterschiedliche Auslesestrategien verwenden. Integratorzellen summieren alle
ankommenden Aktionspotentiale auf, wodurch sie die Gesamtaktivität einer
präsynaptischen Population messen. Koinzidenzdetektoren hingegen, werden nur
durch das synchrone Feuern der zuführenden Neuronenpopulation aktiviert.
Die grundlegende Frage dieser Dissertation lautet: Welche Information eines
zeitabhängigen Signals kodieren die synchronen Spikes einer Neuronenpopulation
im Vergleich zu der Summe all ihrer Aktionspotentiale? Hierbei verwenden wir die
Theorie stochastischer Prozesse: wir berechnen Spektralmaße, die es ermöglichen
Aussagen darüber zu treffen welche Frequenzkomponenten eines Signals vorwiegend
transmittiert werden. Im Gegensatz zu früheren Studien, verstehen wir unter
einem synchronen Ereignis nicht zwangsläufig, dass die gesamte Population
simultan feuert, sondern, dass ein minimaler Anteil („Synchronizitätsschranke")
gleichzeitig aktiv ist. Unsere Analyse zeigt, dass die synchrone
Populationsaktivität als ein Bandpass-Informationsfilter agieren kann: die
synchronen Spikes kodieren hauptsächlich schnelle Signalanteile. Damit stellt
die Selektion simultaner Neuronenaktivität ein potentielles Mittel dar um
gleichzeitig anwesende, konkurrierende Signale voneinander zu trennen. Dabei
hängen die genauen Charakteristika der Informationsfilterung ausschlaggebend von
der Synchronizitätsschwelle ab. Insbesondere zeigt sich, dass eine Symmetrie in
der Schwelle vorliegt,die die Äquivalenz der Kodierungseigenschaften von
synchronem Feuern und synchronem Schweigen offenlegt. Unsere analytischen
Ergebnisse testen wir mittels numerischer Simulationen und vergleichen sie mit
Experimenten am schwach elektrischen Fisch.Populations of sensory neurons encode information about the environment into electrical pulses, so called action potentials or spikes. Neurons in the brain process these pulses further by using different readout strategies. Integrator cells sum up all incoming action potentials and are thus sensitive to the overall activity of a presynaptic population. Coincidence detectors, on the other hand, are activated by the synchronous firing of the afferent population. The main question of this thesis is: What information about a common time-dependent stimulus is encoded in the synchronous spikes of a neuronal population in comparison to the sum of all spikes? We approach this question within the framework of spectral analysis of stochastic processes, which allows to assess which frequency components of a signal are predominantly encoded. Here, in contrast to earlier studies, a synchronous event does not necessarily mean that all neurons of the population fire simultaneously, but that at least a prescribed fraction ('synchrony threshold') needs to be active within a small time interval. We derive analytical expressions of the correlation statistics which are compared to numerical simulations and experiments on weakly electric fish. We show that the information transmission of the synchronous output depends highly on the synchrony threshold. We uncover a symmetry in the synchrony threshold, unveiling the similarity in the encoding capability of the common firing and the common silence of a population. Our results demonstrate that the synchronous output can act as a band-pass filter of information, i.e. it extracts predominantly fast components of a stimulus. If signals in different frequency regimes are concurrently present, the selection of synchronous firing events can thus be a tool to separate these signals.
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Emhemmed, Yousef Mohammed. „Maximum likelihood analysis of neuronal spike trains“. Thesis, University of Glasgow, 1995. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.326019.
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Berthoux, Coralie. „Rôle des récepteurs 5-HT2A et 5-HT6 du cortex préfrontal dans la modulation de la transmission synaptique, la plasticité et la cognition“. Thesis, Montpellier, 2017. http://www.theses.fr/2017MONTT166.
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La sérotonine est impliquée dans de nombreuses fonctions physiologiques comme la régulation de l’appétit, du sommeil, de la douleur, de l’humeur et de la cognition. Elle agit par l’intermédiaire de différents récepteurs dont la plupart sont couplés aux protéines G. Parmi ceux-ci, les récepteurs 5-HT2A et 5-HT6 suscitent un intérêt particulier car ils sont la cible de nombreux agents thérapeutiques, comme les antidépresseurs et les antipsychotiques de dernière génération. Ces molécules administrées pour traiter la schizophrénie ont des effets bénéfiques sur les symptômes positifs (hallucinations, délires) et négatifs (manque de motivation). Cependant, ils n’ont que peu d’effets sur les déficits cognitifs (troubles de la mémoire de travail, de l’attention, asociabilité) qui compromettent l'intégration sociale et professionnelle des patients ainsi que leur qualité de vie. Ces déficits sont en grande partie retrouvés chez les consommateurs chroniques de cannabis durant l’adolescence suggérant des mécanismes pathologiques communs. La découverte de nouvelles stratégies thérapeutiques pour traiter ces déficits cognitifs constitue donc un enjeu de santé publique majeur.Au cours de mon travail de thèse, j’ai étudié le rôle des récepteurs de la sérotonine, en me focalisant sur les récepteurs 5-HT2A et 5-HT6, dans la modulation de la transmission et la plasticité synaptique au niveau du cortex préfrontal. En combinant des approches biochimiques à des analyses électrophysiologiques et comportementales, j’ai dans un premier temps démontré l'implication des récepteurs 5-HT2A exprimés au niveau des synapses thalamocorticales dans l’induction de la plasticité synaptique et dans la mémoire associative. Dans un deuxième temps, j’ai déterminé les bénéfices du blocage précoce des récepteurs 5-HT6 sur les déficits cognitifs induits dans un modèle neurodéveloppemental de schizophrénie et un modèle de consommation chronique de cannabis durant l’adolescence. Cette étude permet ainsi d’envisager de nouvelles stratégies thérapeutiques pour prévenir l’apparition des déficits cognitifs observés dans les maladies psychiatriques, notamment chez les sujets à risqueSerotonin is involved in many physiological functions, such as the control of appetite, sleep, pain, mood and cognition. This major neuromodulator acts via different receptors, which are, for the most part, coupled to G-proteins. Among these, 5-HT2A and 5-HT6 receptors are of particular interest since they are the target of many therapeutic drugs, such as antidepressants and last-generation antipsychotics. These are administered to treat schizophrenia and have beneficial effects on positive (hallucinations, delusions) and negative (lack of motivation) symptoms. Nevertheless, they poorly control cognitive deficits (impaired working memory, decreased attention, alteration in social cognition) which severely compromise the social integration of patients and their quality of life. These deficits are also found in chronic cannabis users during adolescence, suggesting common pathological mechanisms. Therefore, the discovery of new therapeutic strategies to treat these cognitive deficits is a major public health issue.During my thesis work, I studied the role of serotonin receptors, focusing on 5-HT2A and 5-HT6 receptors, in the modulation of synaptic transmission and plasticity in the prefrontal cortex. By combining biochemical approaches with electrophysiological and behavioral analyses, I initially demonstrated that 5-HT2A receptors expressed at thalamocortical synapses play a crucial role in the induction of synaptic plasticity and in associative memory. Secondly, I demonstrated the benefits of early blockade of 5-HT6 receptors for preventing cognitive deficits induced in a neurodevelopmental model of schizophrenia and a model of chronic cannabis abuse during adolescence. These studies offer new therapeutic strategies to prevent the emergence of cognitive deficits and conversion to schizophrenia in at-risk subjects
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Blanc, Jean-luc. „Transmission de l'information et complexité des activités de populations neuronales“. Thesis, Aix-Marseille, 2012. http://www.theses.fr/2012AIXM4720/document.
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Dans cette thèse, nous abordons les problèmes de la transmission et du traitement de l'information par les assemblées de neurones, du point de vue de l'approche inter-disciplinaire des systèmes complexes en nous référant principalement aux formalismes de la théorie de l'information et de la théorie des systèmes dynamiques. Dans ce contexte, nous nous focalisons sur les mécanismes de représentation de l'information sensorielle par les activités neuronales à travers le codage neuronal. Nous explorons la structure de ce code, à plusieurs échelles grâce à l'étude de différents signaux électrophysiologiques issus de populations de neurones (signaux unitaires, LFP et EEG). Sur le plan méthodologique, nous avons implémenté différents indices permettant d'extraire objectivement l'information des activités neuronales, mais également d'en caractériser la dynamique sous-jacente à partir de séries temporelles de taille finie (le taux d'entropie). Nous avons également étudié un indicateur peu utilisé (le taux d'information mutuelle), qui permet de quantifier l'auto-organisation et les relations de couplage entre deux systèmes. Grâce à des approches théoriques et numériques, nous analysons les propriétés caractéristiques de ces indices et proposons leur utilisation dans le cadre de l'étude des systèmes neuronaux. Ce travail permet de caractériser la complexité de différentes activités neuronales associées aux dynamiques de transmission de l'informationIn this thesis, we address the problem of transmission and information processing by neuronal assemblies, in terms of the interdisciplinary approach of complex systems by referring mainly to the formalisms of information theory and dynamical systems. In this context, we focus on the mechanisms underlying sensory information representation by neuronal activity through neural coding. We explore the structure of this code under several scales through the study of different neuronal population electrophysiological signals (singel unit, LFP and EEG). We have implemented various indices in order to extract objectively information from neural activity, but also to characterize the underlying dynamics from finite size time series (the entropy rate). We also defined a new indicator (the mutual information rate), which quantifies self-organization and relations of coupling between two systems. Using theoretical and numerical approaches, we analyze some characteristic properties of these indices and propose their use in the context of the study of neural systems. This work allows us to characterize the complexity of different neuronal activity associated to information transmission dynamics
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Long, Jiafu. „Supramodular nature of neuronal scaffolding proteins /“. View abstract or full-text, 2004. http://library.ust.hk/cgi/db/thesis.pl?BICH%202004%20LONG.
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Thesis (Ph. D.)--Hong Kong University of Science and Technology, 2004.Includes bibliographical references (leaves 167-184). Also available in electronic version. Access restricted to campus users.
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Vaccaro, V. „The role of presynaptic mitochondria in neuronal transmission and plasticity“. Thesis, University College London (University of London), 2015. http://discovery.ucl.ac.uk/1468434/.
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Mitochondria are essential for cellular processes such as energy provision and Ca2 + buffering. Due to the highly polarized architecture of neurons, the positioning of mitochondria to areas of high activity is crucial for normal neuronal function. It has previously been shown that mitochondria are trafficked dependent upon neuronal activity. In this thesis, the role of mitochondria at the presynaptic terminal is investigated in order to determine whether the presence of mitochondria in turn influences neuronal transmission. Dual-colour live imaging reveals that terminals occupied by a mitochondrion show lower Ca2 + responses and that transmitter release is reduced. Furthermore, evidence for a role of activity-dependent positioning of mitochondria in homeostatic plasticity is shown, which is dependent upon the function of the Ca2 + -sensitive mitochondrial protein Miro1. Furthermore, the role of Miro1 in positioning mitochondria at presynaptic terminals is investigated in a knockout mouse system. This shows that calcium buffering seems to be changed in the Miro1 knockout neurons and that activity-dependent positioning of mitochondria to presynaptic terminals is affected. Taken together, this thesis examines the functions of mitochondria in the presynaptic terminal and sheds light on how their presence in the terminal may be regulated.
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Kintis, Efthalia. „Stochastic modelling of the neuronal membrane potential in response to synaptic input“. Connect to e-thesis, 2007. http://theses.gla.ac.uk/145/.
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Thesis (MSc(R)) - University of Glasgow, 2007.MSc(R) thesis submitted to the Department of Mathematics, Faculty of Information and Mathematical Sciences, University of Glasgow, 2007. Includes bibliographical references.
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Poulain, Bernard. „Mécanismes moléculaires modulant la transmission cholinergique sur les synapses neuro-neuronales“. Grenoble 2 : ANRT, 1986. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37600469f.
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Poulain, Bernard. „Mécanismes moléculaires modulant la transmission cholinergique sur les synapses neuro-neuronales“. Paris 6, 1986. http://www.theses.fr/1986PA066134.
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Au niveau d'une synapse neuro-neuronale d'aplysie, la concentration présynaptique d'acétylcholine (ACH) contrôle le nombre de quanta libérés par un stimulus donné sans que la taille du quantum d'ACH soit modifiée. Par l'utilisation de l'hemicholinium-3 (hc-3), un bloquant connu du transport de choline, une facilitation de la libération d'ACH est mise en évidence, alors qu'intracellulairement, l'hc-3 bloque une des étapes du mécanisme de libération de l'ACH. Les quanta restant de taille constante, il en est déduit que seuls les quanta satures sont libérés.
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Feng, Wei. „Structural studies of supramolecular complex assembly by neuronal scaffold proteins /“. View abstract or full-text, 2005. http://library.ust.hk/cgi/db/thesis.pl?BICH%202005%20FENG.
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Tassin, Valériane. „Nouveaux mécanismes d'action du récepteur mGlu7a dans le thalamus : de la synapse au comportement“. Thesis, Montpellier 1, 2014. http://www.theses.fr/2014MON13509/document.
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Le fonctionnement cérébral est régit par deux grandes forces : un système excitateur, principalement supporté par la transmission gluue,tamatergiq qui s'oppose à un système inhibiteur, principalement supporté par la transmission GABAergique. L'influence mutuelle et équilibrée de ces deux forces est déterminante pour établir et maintenir une activité neuronale physiologique au sein des réseaux neuronaux. Le récepteur métabotropique du glutamate de type 7, mGlu7, est capable de moduler à la fois la transmission glutamatergique et GABAergique, mais sa localisation et son rôle synaptique précis restent largement méconnus à l'heure actuelle. Il semble important pour contrôler le fonctionnement d'une circuiterie particulière supportant notamment la perception sensorielle lors de l'éveil ou la perte de conscience lors de l'endormissement, mais aussi les crises épileptiques d'absence lors d'un dysfonctionnement : le circuit thalamo-cortical. Cette thèse porte sur l'étude des fonctions physiologiques médiées par le récepteur mGlu7a au sein du réseau thalamo-cortical chez la souris. Pour cela, j'ai décortiqué la localisation et les processus électrophysiologiques engendrés par le récepteur dans les synapses thalamiques constituant la circuiterie thalamo-corticale. Le récepteur mGlu7a s'estavéré essentiel dans le contrôle des rythmes oscillatoires au sein du thalamus, associés à la fois au sommeil (les fuseaux de sommeil) et aux épilepsies de type absence.Ce récepteur était présumé ne fonctionner que lors d'activités neuronales intenses. Cette étude complète ce tableau. Elle met en évidence une activité constitutive du récepteur mGlu7a au sein des synapses excitatrices et inhibitrices. Il exerce donc un frein permanent sur l’entrée de Ca2+ dans les présynapses, un acteur crucial pour le développement du système nerveux, la transmission synaptique, l'excitabilité et la plasticité neuronales. Je montre que cette activitémodule la libération de glutamate et de GABA, mais aussi la plasticité à court terme dans certaines synapses du circuit. De plus, le récepteur mGlu7a limite le tonus inhibiteur au sein du thalamus et ainsi l'excitabilité globale thalamique.De façon surprenante pour un récepteur du glutamate, l'ensemble de ces résultats suggère une action physiologique du récepteur mGlu7a particulièrement impliquée dans le contrôle de l'état d'excitabilité des neurones GABAergiques thalamiques et corticaux. En limitant l'apparition d'activités synchrones au sein de la circuiterie, son action abouti in fine au maintien d'un état conscient de l'individu, nécessaire aux traitements des informations sensorielles, mais aussi à l'apprentissage et la mémoireBrain functionning is gouverned by two master forces : excitation, mainly supported by glutamatergic transmission, and inhibition, mainly supported by GABAergic transmission. The mutual and balanced influence of these two forces is instrumental to establish and maintain a physiological neuronal activity, particulary in neuronal networks involving several interconnected brain area and neuron types. The metabotropic glutamate receptor type 7, mGlu7, modulates both glutamatergic and GABAergic transmission, but its precise localization andsynaptic role are still widly unknown. Recently, a genetic mouse model has highlighted mGlu7a receptor's involvement into the functionning of a particular network supporting somatosensory perception during arousal and loss of consciousness during sleep, as well as absence epileptic seizures : the thalamo-cortical network. This thesis aims at understanding physiological functions mediated by the mGlu7a receptor in the thalamo-cortical circuit. I have dissected localization and electrophysiologicalprocesses triggered by the receptor in thalamic synapses. The mGlu7a receptor was proved as essential to control oscillatory rythmes in the thalamus, associated with both sleep-related waves (spindles) and absence epileptic seizures.This receptor was supposed to function only during high neuronal activities. In addition, our study highlights a constitutive activity of mGlu7a receptor in excitatory and inhibitory synapses. It thus exerts a permanent brake on Ca2+ presynaptic entry, which is crucial for neuronal developpement, synaptic transmission, excitability and plasticity. I found that this mechanism modulates glutamate and GABA release, but also short term plasticity in thestudied network. Moreover, mGlu7a receptor slows down the inhibitory tonus in the thalamus and thalamic excitability.Surprisingly for a glutamate receptor, these data suggest that the physiological action of mGlu7a receptor is highly involved in the control of the excitability of inhibitory thalamic and cortical neurons. By decreasing synchronous activities of the network, its action leads in fine to the maintenance of a conscious, awake state of a subject, that is necessary for sensorial informations processing, learning and memory
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Dulac, Amina. „Identification and functional characterization of the neuronal protein VhaAC45L in Drosophila“. Thesis, Université Paris sciences et lettres, 2021. http://www.theses.fr/2021UPSLS035.
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Les V-ATPases sont des complexes protéiques des cellules eucaryotes, hautement conservés, associés à la membrane de nombreux organites vésiculaires ou vacuolaires, dont la fonction est d’assurer un niveau approprié d'acidification. Si le mécanisme général du fonctionnement de cette pompe à protons a été bien étudié, on sait par contre relativement peu de choses sur les propriétés spécifiques de la V-ATPase neuronale. Dans les synapses, ce complexe est essentiel pour acidifier les vésicules synaptiques, permettant ainsi aux transporteurs des neurotransmetteurs de les remplir correctement. Notre équipe a identifié une nouvelle protéine essentielle pour la survie de drosophile, dont la séquence la classe dans la famille des protéines associées aux V-ATPases. Plusieurs bases de données suggèrent que cette protéine, que nous avons nommée Lome, puis VhaAC45L, serait exprimée spécifiquement dans le système nerveux. Nos travaux ont confirmé que Lome est spécifique du système nerveux, et ont en outre révélé que sa présence n'est nécessaire que dans les neurones. Sa localisation cellulaire a montré un enrichissement dans les zones synaptiques chez les mouches adultes et les larves. Nous avons donc concentré la suite de notre étude sur la fonction synaptique de Lome, en utilisant la jonction neuromusculaire de la larve comme modèle. En accord avec l’hypothèse d’un dysfonctionnement de la V-ATPase, les larves ayant un niveau de Lome réduit dans les motoneurones présentaient une augmentation anormale du pH interne des vésicules synaptiques, associée à une diminution de la taille quantique, qui est l'amplitude de la réponse postsynaptique à la libération d'une seule vésicule. En conclusion, nos résultats ont permis d’identifier Lome, alias VhaAC45-Like (VhaAC45L) en référence à son plus proche homologue VhaAC45, comme un régulateur spécifique de la V-ATPase neuronaleThe V-ATPases are highly conserved protein complexes of eukaryotic cells, associated with the membranes of many vesicular or vacuolar organelles, whose function is to ensure an appropriate level of acidification. While the general functioning mechanism of this proton pump has been well studied, in contrast relatively little is known about the specific properties of neuronal V-ATPase. In synapses, this complex is essential to acidify synaptic vesicles, thus allowing neurotransmitter transporters to properly fill them. Our team identified a novel protein essential for Drosophila survival, predicted from its sequence to belong to the family of V-ATPase-associated proteins. According to several databases, this protein, that we named Lome, and then VhaAC45L, appears to be expressed specifically in the nervous system. Our work confirmed that Lome is specific to the nervous system, and further revealed that its presence is only required in neurons. Its cellular localization showed an enrichment in synaptic areas in both adult flies and larvae. We have therefore focused the next part of our study on the synaptic function of Lome, using the larval neuromuscular junction as a model. Consistent with the hypothesis of a V-ATPase dysfunction, larvae with a decreased level of Lome in motoneurons presented an aberrant increase in the internal pH of synaptic vesicles, associated with a decrease in quantal size, which is the amplitude of the postsynaptic response to the release of a single vesicle. Overall, our results identified Lome, alias VhaAC45Like (VhaAC45L) in reference to its closest homolog VhaAC45, as a specific regulator of the neuronal V-ATPase
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Patra, Kalicharan. „Modulation of Neuronal Functions : the Role of SLC10A4“. Doctoral thesis, Uppsala universitet, Genetisk utvecklingsbiologi, 2014. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:uu:diva-214162.
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Mental health of a person depends on the correct functioning of the brain. The brain and the spinal cord contain many types of cells, of which one important type are called the neurons. Neurons are special in the way they connect to each other to form large networks. The chemicals called transmitters are packed at the nerve endings into tiny packets called vesicles and when a signal arrives these vesicles fuse immediately to the attached cell surface and release their contents. The role of the synaptic vesicular transporter proteins is to ensure proper packing of transmitter molecules that can be released upon stimulation. Vesicular packing is an important process. The carrier proteins involved in packing work in coordination to determine the amount and type of transmitters to be packed. Missing a carrier protein from the vesicles might lead to improper packing and inaccurate signaliing. These signaling molecules are known for their implications in many psychiatric and neurological disorders like Alzheimer’s disease, Parkinson’s disease, Schizophrenia, and attention deficit to name just a few. How a vesicular transporter can affect the modulatory functions of aminergic neurons is the subject of this thesis. This thesis reports on the effects of the loss of a vesicular orphan transporter. Study I demonstrates the localization of this protein to monoaminergic and cholinergic terminals. It reports the effect of the loss of Slc10A4 on vesicular dopamine uptake, synaptic clearance of dopamine and hypersensitivity of animals to dopamine related psychostimulants. Study I also provides evidence for ATP as a possible ligand for SLC10A4 protein. Study II provides data on the clinical relevance of Slc10A4 in playing a protective role against vulnerability to epilepsy. It reports that loss of Slc10A4 renders the animals hypersensitive to cholinergic drugs. Study III provides a closer look at individual cholinergic synapses at neuromuscular junctions in mice lacking Slc10A4. The structural and electrophysiological properties of the NMJ are found compromised because of the loss of this vesicular protein. Taken together, this thesis presents a SV protein’s perspective of viewing at modulation of synaptic transmission.