Dissertations / Theses: 'Plasticità neuronale'

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Alessandri, Marco <1976&gt. "Messa a punto di metodi per lo studio della plasticità neuronale del sistema nervoso enterico." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2008. http://amsdottorato.unibo.it/822/1/Tesi_Alessandri_Marco.pdf.

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Alessandri, Marco <1976&gt. "Messa a punto di metodi per lo studio della plasticità neuronale del sistema nervoso enterico." Doctoral thesis, Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, 2008. http://amsdottorato.unibo.it/822/.

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LEONE, LUCIA. "Ruolo del complesso distrofina-distroglicano e delle metalloproteasi nella plasticità neuronale e sinaptica del ganglio cervicale superiore di roditori." Doctoral thesis, La Sapienza, 2005. http://hdl.handle.net/11573/916857.

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OLLA, PIERLUIGI. "Effetti dell'isolamento sociale sull'assunzione di etanolo e sulla plasticità neuronale del recettore GABA_a nell'ippocampo di topi C57BL/6J." Doctoral thesis, Università degli Studi di Cagliari, 2011. http://hdl.handle.net/11584/266278.

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CAROSI, CHIARA. "Regolazione dell'espressione genica dell'mRNA di FMR1, responsabile della sindrome dell'X fragile: implicazioni nel ritardo mentale e nella plasticità sinaptica." Doctoral thesis, Università degli Studi di Roma "Tor Vergata", 2008. http://hdl.handle.net/2108/427.

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Abstract:

Le regioni non tradotte localizzate al 5’ ed al 3’ degli mRNA maturi sono di particolare importanza nella regolazione genica. Nel promotore del gene FMR1, responsabile della sindrome dell’X fragile, ci sono siti di inizio della trascrizione multilpli sia nelle cellule linfoblastoidi sia nelle linee cellulari neuronali; questa caratteristica è tipica dei promotori, come quello di FMR1, che mancano della sequenza nota come TATA box. In questo studio ho analizzato la regione 5’UTR del gene FMR1 del cervello umano e di quello di topo. Nel caso delle regioni dell’ippocampo e del cervelletto umane ho identificato l’uso di quattro siti alternativi di inizio della trascrizione, ognuno dei quali co-localizza con delle sequenze chiamate Inr-like (initiator like sequences), comunemente presenti nei promotori che mancano della TATA box. La presenza del quarto sito di inizio non è rilevabile nelle linee cellulari linfoblastoidi indicando una selezione tessuto specifica dei siti di inizio. Dati preliminari indicavano la presenza di trascritti più lunghi, cioè con l’uso dei siti di inizio più distanti, correlati con un incremento delle ripetizioni CGG, lasciando ipotizzare un modello in cui la lunghezza delle ripetizioni influenzi direttamente la trascrizione del gene e in un modo tessuto specifico. Per completare la mia analisi ho diretto la mia attenzione sul promotore del gene FMR1 di topo. Ho studiato la regione 5’UTR in cervelletto e in ippocampo di topi selvatici e di topi modificati geneticamente, CGG ki, in cui sono state annesse circa 100 ripetizioni CGG derivanti dalla corrispondente regione umana. Nel topo però, pur avendo evidenziato l’uso di siti di inizio della trascrizione alternativi, non ho evidenziato nessuna dipendenza dell’uso dei siti dalla lunghezza delle espansioni. In ultimo ho completato lo studio analizzando la poliadenilazione alternativa nella regione 3’UTR del gene umano di FMR1, dal momento che tale meccanismo è spesso associato con la localizzazione tessuto specifica di alcuni mRNA. Usando la tecnica della 3’ RACE ho identificato cinque trascritti con poliadenilazione alternativa, uno contenente la sequenza canonica e gli altri con sequenza non canonica. Da questi dati possiamo dedurre che il gene FMR1 possiede poliadenilazione alternativa ma che questa non sembra essere tessuto specifica. In questo studio ho poi analizzato gli effetti del trattamento antidepressivo sulla espressione genica, in particolare analizzando la regione 3’UTR nel messaggero per αCaMKII (la subunità α della chinasi II Calcio calmodulina dipendente). Gli antidepressivi sono il terzo gruppo di farmaci più venduto nel mondo. Molti di essi sono basati su molecole che, come la fluoxetine, hanno come bersaglio una singola molecola , il trasportatore della serotonina (5-HT). Gli effetti di tali farmaci sono localizzati sia nella pre che nella post-sinapsi, suggerendo che dei cambiamenti nella struttura sinaptica sono correlati alle modificazioni della plasticità sinaptica osservate nei pazienti depressi. Sulla base di queste osservazioni , le molecole chiave del trattamento degli antidepressivi sono recettori, chinasi, neurotrofine e proteine coinvolte nella neurogenesi e nella funzione sinaptica come per esempio αCaMKII. Avvalendomi della metodologia della 3’RACE, ho analizzato se un trattamento acuto con fluoxetina su cellule corticali primarie potesse influenzare l’espressione del mRNA della αCaMKII. Ho evidenziato che, dopo trattamento, si assiste ad una modulazione della poliadenilazione del trascritto di αCaMKII come anche ad un incremento della proteina stessa. Questo indica un cambiamento della sua espressione dopo antidepressivo, lasciando ipotizzare che tale terapia agisce sulla poliadenilazione alternativa del messaggero della αCaMKII per aumentare poi l’efficienza di traduzione della proteina.
The 5’ and 3’ untranslated regions (UTRs) play important roles in regulating gene activity. Within the promoter of the human FMR1 gene, responsible for the Fragile X syndrome, there are multiple transcription start sites in both lymphoblastoid and neuronal cell lines, a common feature of other promoters that lack the TATA box initiator element. In this study I have identified a fourth transcription initiation site in human brain tissue, including hippocampus and cerebellum. All four sites co-localize with an initiator (Inr)-like sequence, commonly found at transcriptional start sites within TATA-less promoters. No detectable activity of the fourth site was observed in lymphoblastoid lines, suggesting a tissue-specific determinants of start site selection. Preliminary data indicate that the longer transcripts (upstream Inrs) are expressed at higher levels with increasing CGG repeat number, providing further support for an initiation model in which the CGG repeat element in the FMR1 gene directly modulates upstream initiation, and in a tissue-specific manner. I have also analyzed the presence of alternative transcription start sites in the promoter of mouse FMR1 gene. I compared the wild type mouse with the transgenic mouse CGG ki, that including in the 5’UTR of FMR1 100 CGG repeats of human gene. In mouse analysis I find several multiple initation sites but I did not find any differences in their usage between wild-type and the CGG ki mice. I have also studied alternative polyadenylation usage in the 3’UTR of the human FMR1 gene, since, the presence of alternative polyadenylation sites has been associated with tissue specific localization of other mRNA species. Using 3’RACE methodology, I have identified five polyadenylation sites, one canonical and four non canonical. These preliminary analysis indicates that transcripts containing the different polyadenylation sites are expressed in both human cell lines and human brain tissues. In this study I also investigated the role of UTRs in antidepressants treatment. Antidepressants are the third most commonly sold group of therapeutic agents worldwide. Most of them are based on molecules, such as fluoxetine, that target a single protein in the brain, the serotonin (5-HT) transporter. Effects of depression are probably localized at both pre- and postsynaptic compartments suggesting that changes in synaptic structure are related to the impaired modification in synaptic strength observed in patients with depression. Based on these hypothesis/observations, key target molecules of the antidepressant treatment are receptors, kinases, neurotrophic factors and protein involved in neurogenesis as well as synaptic function such as αCaMKII. I used the 3’RACE to determine if acute treatment of neurons with fluoxetine would change the αCaMKII mRNA expression in mouse neuronal cortical culture. I obtained that fluoxetine treatment induces a shift in the alternative polyadenylation site usage of αCaMKII mRNA as well as an increase in the total αCaMKII protein in cortical primary culture. These results show that the dendritically localized αCaMKII mRNA changes its pattern of expression after antidepressant treatment. They also show that this treatment affects the use of alternative polydenylation allowing neurons to achieve different levels of protein, possibly translating αCaMKII with a higher efficiency. Key Words: 5’ UTR, 3’ UTR, transcription start site, polyadenylation, dendritic mRNAs, neuronal gene expression, synaptic plasticity, fluoxetine.

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Ménardy, Fabien. "Reconnaissance des signaux de communication chez le diamant mandarin : étude des réponses des neurones d’une aire auditive secondaire." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA11T049/document.

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Abstract:

A l’heure actuelle, il reste largement à étudier comment le codage sensoriel des signaux vocaux de communication contribue à leur détection et à leur reconnaissance. Peu d’études se sont, en effet, penchées sur le codage des vocalisations au niveau des régions auditives en fonction de l’individu qui les produit et du degré de familiarité avec cet individu. Dans ce cadre, les oiseaux chanteurs sont un bon modèle parce qu’ils utilisent des vocalisations pour interagir et reconnaître leurs congénères et qu’ils possèdent, de plus, un ensemble de régions auditives. Parmi ces régions, le nidopallium caudomedian (NCM), une aire auditive analogue du cortex auditif secondaire chez les mammifères, est actuellement considérée comme une région spécialisée dans le traitement des vocalisations (chants et cris) de l’espèce : les neurones du NCM répondent plus fortement aux vocalisations de l’espèce qu’à celles d’une autre espèce. À partir de là, parce que chez le diamant mandarin, le cri de distance permet aux individus, mâles ou femelles, de reconnaître leur partenaire sexuel, nous avons cherché à savoir si, chez les femelles comme chez les mâles, les neurones du NCM montraient une discrimination dans leurs réponses auditives entre le cri d’individus connus (parmi lesquels figurait le partenaire sexuel) et ceux d’individus inconnus et si ces réponses reflétaient le degré de familiarité de ces vocalisations. Les enregistrements de l’activité des neurones du NCM, chez des diamants mandarins vigiles (grâce à un système de télémétrie) ou anesthésiés, lors de la présentation de cris de distance, ont révélé, chez les femelles vivant en couple et ayant été familiarisées avec un autre couple de diamants mandarins, une plus forte augmentation de l’activité lors de la diffusion des cris d’individus connus, mâles ou femelles, qu’aux cris d’individus inconnus. Une telle augmentation n’a pas été, en outre, observée chez des femelles contrôles qui n’avaient jamais entendu ces mêmes cris auparavant. De plus, ils ont indiqué que le nombre de neurones montrant un fort degré de sélectivité ainsi que la quantité d’information portée par les trains de potentiels d’action étaient plus importants chez les femelles vivant en couple que chez les femelles contrôles. En revanche, chez les mâles, bien que la plupart des neurones montrait des réponses lors de la diffusion des cris, aucune différence n’a été mise en évidence entre les cris d’individus connus et ceux d’inconnus. Nous avons alors cherché à savoir comment, d’un point de vue acoustique, les cris de distance étaient représentés au sein du NCM. En se basant sur une étude comportementale ayant déterminé quelles étaient les caractéristiques acoustiques qui contribuaient à la reconnaissance de ces cris, nous avons cherché à savoir si les neurones du NCM étaient sensibles à ces mêmes caractéristiques acoustiques. Les résultats ont montré que, chez les femelles, la suppression de la fréquence fondamentale et la modification du timbre du cri du partenaire sexuel ou du propre cri de l’oiseau provoquaient une forte diminution des réponses au sein du NCM alors que, chez les mâles, les réponses variaient selon le paramètre modifié et le type de cri présenté. Nos résultats suggèrent donc que, chez le diamant mandarin, le NCM est impliqué dans le codage du cri de distance. Cependant, ils mettent en évidence des différences dans ce codage entre les mâles et les femelles. Chez les femelles, ce codage permet de discriminer entre les cris d’individus connus et ceux d’individus inconnus alors que chez les mâles, son rôle reste à être déterminé. Chez les femelles, l’expérience sociale au travers de la mémorisation des signaux de communication des individus peut donc façonner les propriétés fonctionnelles des neurones d’une aire auditive secondaire. Ces propriétés pourraient donc continuellement subir des changements pour s'adapter à l’environnement social de l’individu
How sensory signals are encoded in the brain and whether their behavioural relevance affects their encoding are central questions in sensory neuroscience. Studies have consistently shown that behavioural relevance can change the neural representation of sounds in the auditory system, but what occurs in the context of natural acoustic communication where significance could be acquired through social interaction remains to be explored. The zebra finch, a highly social songbird species that forms lifelong pair bonds and uses a vocalization, the distance call, to identify its mate offers an opportunity to address this issue. One auditory area in the songbird telencephalon, the caudo-medial nidopallium (NCM) that is considered as being analogous to the secondary mammalian auditory cortex, has recently emerged as part of the neural substrate for sensory representation of species-specific vocalizations: the activation of NCM neurons is greatest when birds are exposed to conspecific song, as compared to heterospecific song or artificial stimuli. This led us to investigate whether, in the zebra finch, NCM neurons could contribute to the discrimination among vocalizations that differ in their degree of familiarity: calls produced by the mate, by familiar individuals (males or females), or by unfamiliar individuals (males or females). In females, behaviourally relevant calls, i.e. the mate’s call and familiar calls, evoked responses of greater magnitude than unfamiliar calls. This distinction between responses was seen both in multiunit recordings from awake freely moving mated females (using a telemetric system) and in single unit recordings from anesthetized mated females. In contrast, control females that had not heard them previously displayed response of similar magnitude to call stimuli. In addition, more cells showed highly selective responses in mated than in control females suggesting that experience-dependent plasticity in call-evoked responses resulted in enhanced discrimination of auditory stimuli. In males, as in females, call playback evoked robust auditory responses. However, neurons in males did not appear capable of categorizing the calls of individuals (males or females) as ‘‘familiar’’ or ‘‘unfamiliar’’. Then, we investigated how calls are represented in the NCM of zebra finches by assessing whether certain call-specific acoustic cues drove NCM neurons to a greater degree than others. Behavioural studies had previously identified call-specific acoustic cues that are necessary to elicit a vocal response from male and female zebra finches. Single-unit recordings indicated that NCM neurons in females were particularly sensitive to call modifications in the spectral domain: suppressing the fundamental frequency of call stimuli or modifying the relative energy levels of harmonics in call caused a marked decrease in response magnitude of NCM neurons. In males, NCM neurons also appear to be sensitive to call modifications in the spectral domain, however changes in magnitude of responses (increase or decrease) depended on the acoustic cue that had been modified.Our results provide evidence that the NCM is a telencephalic auditory region that contributes to the processing of the distance call, in females as well in males. However, how the distance call is processed and represented in the NCM appears to differ between males and females. In females, the NCM could be involved in dicrimination between call stimuli whereas, in males, its functional role in call-processing remains to be determined. Our results also suggest that, in females, social experience with the call of individuals, by affecting the degree to which neurons discriminated between these calls, may shape the functional properties of neurons in a telencephalic auditory area. The functional properties of auditory neurons may therefore change continuously to adapt to the social environment

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Hilal, Muna. "Role of Scribble1 in hippocampal synaptic maturation, bidirectional plasticity and spatial memory formation in mice." Thesis, Bordeaux 2, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR22037/document.

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Abstract:

La formation de la mémoire spatiale est un mécanisme complexe qui transforme les informations récemment acquises en traces mnésique robustes à long terme. D’un point de vue moléculaire, ces phénomènes sont dépendants de l’expression de deux formes opposées de plasticité synaptique ; la potentialisation à long terme (LTP) et la dépression à long terme (LTD). L’induction de la LTP/LTD dépend de la fine régulation entre des kinases et des phosphatases sensibles au Ca2+ qui vont activer respectivement la LTP et la LTD dans la densité postsynaptique (PSD). Cette régulation met également en jeu des interactions en avale entre les récepteurs et des protéines d’échafaudages spécialisées au sein de la PSD. Scribble1 (Scrib1) est une de ces protéines d’échafaudage appartenant à la famille des LAP (leucine-rich repeats & PDZ domains) avec 16 répétitions riches en leucine et 4 domaines PDZ (PSD-95/Dlg/ZO-1). Lors de cette étude, nous avons développé de souris « knock-out » conditionnelles avec une délétion complète de la Scrib1 dans les principaux neurones de l’encéphale antérieur, dont les neurones excitateurs de l’hippocampe, grâce au système Cre-lox (Scrib1f/f,CaMKII-cre). Les souris Scrib1f/f,CaMKII-cre présentent une altération de la morphologie des dendrites apicales sans modification de la morphologie ni de la densité des épines dans la région CA1 de l’hippocampe. Sur le plan fonctionnel, les neurones du CA1 des souris Scrib1f/f,CaMKII-cre présentent une augmentation du nombre de synapses silencieuses (non-fonctionnelles). Ceci réduit le nombre de synapses actives et entraine une diminution globale de la transmission basale des synapses CA3-CA1 comparée aux synapses Scrib1f/f. Les souris Scrib1f/f,CaMKII-cre montrent une augmentation de la LTP mais sont incapables d’exprimer une LTD ni la depotentiation à long terme. De plus, des protocoles de LTD induisent une LTP chez ces souris. Au niveau moléculaire, nous avons mis en évidence une interaction directe au sein des synapses entre Scrib1 et la phosphatase PP2A impliquée dans la LTD. De plus, l’absence de Scrib1 entraine une réduction des niveaux de PP2A dans la PSD chez les souris Scrib1f/f,CaMKII-cre. Ceci implique une diminution de l’activation de la voie de signalisation de la LTD via PP2A au profit de celle de la CAMKII et la LTP, ce qui pourrait expliquer l’induction d’une LTP à la place d’une LTD chez les souris Scrib1f/f,CaMKII-cre. Sur le plan cognitif, les souris Scrib1f/f,CaMKII-cre présentent des déficits dans la flexibilité de l’apprentissage spatial comparées aux souris Scrib1f/f. Chez les souris Scrib1f/f,CaMKII-cre, la la mémoire spatiale à court terme n’était pas altérée tandis que la mémoire à long terme était déficiente. Ainsi, ces données révèlent un rôle majeur de Srib1 dans consolidation de la mémoire spatiale. Lors de cette étude, nous avons montré un rôle pour Scrib1 dans les connections et la morphologie des neurones CA1, ainsi que la conversion fonctionnelle des synapses silencieuses en synapses actives. D’une manière importante, Scrib1 permet l’expression de la plasticité synaptique bidirectionnelle à travers une interaction avec PP2A et module la formation de la mémoire spatiale à long terme
Spatial memory formation is a complex process that transforms newly-acquired information into long-lasting and solid memories. Molecularly, these phenomena rely on the expression of two opposite forms of synaptic plasticity; long-term potentiation (LTP) and long-term depression (LTD). LTP/LTD induction relies on a fine balance between Ca2+-sensitive kinases and phosphatases that activate specific pathways of either LTP or LTD, respectively. This regulation also involves downstream interactions between receptors and highly specialized scaffold proteins, at the PSD. Scribble1 (Scrib1) is a scaffold protein that belongs to the LAP (leucine-rich repeats and PDZ domains) protein family, with 16 leucine rich repeats and 4 PDZ (PSD-95/Dlg/ZO-1) domains. Here, we developed conditional knock-out mice with a complete loss of Scrib1 expression in the major neurons of the postnatal forebrain, including hippocampal excitatory neurons, using the Cre-Lox system (Scrib1f/f,CaMKII-cre). Scrib1f/f,CaMKII-cre presented altered morphology of apical dendrites but intact spine density and spine morphology in the CA1 region. Functionally, we found increased number of silent (non-functional) synapses that decreases the number of active synapses in Scrib1f/f,CaMKII-cre CA1 neurons leading to a global decrease in basal glutamatergic synaptic transmission at CA3-CA1 synapses compared to Scrib1f/f synapses. Scrib1f/f,CaMKII-cre synapses displayed enhanced LTP but were unable to express LTD or long-term depotentiation. More strikingly, LTD-inducing protocols generated LTP in Scrib1f/f,CaMKII-cre synapses. Molecularly, we revealed a direct interaction between Scrib1 and the phosphatase PP2A that signals LTD at the synapse. Moreover, we found that the absence of Scrib1 results in a reduction of synaptic PP2A levels in Scrib1f/f,CaMKII-cre mice. This probably leads to a decrease in PP2A signaling pathway activation which favors the competing pathway downstream CaMKII resulting in LTP induction instead of LTD in Scrib1f/f,CaMKII-cre mice. On the cognitive level, we found that spatial learning was slower and inflexible in Scrib1f/f,CaMKII-cre compared to Scrib1f/f mice. Short-term spatial memory was intact while long-term memory was impaired. These results argue for an important role of Scrib1 in spatial memory consolidation. We here report that Scrib1 is important for appropriate neuronal shaping and wiring of CA1 neurons as well as functional conversion of silent synapses into active ones. Importantly, it allows bidirectional synaptic plasticity through interaction with PP2A and modulates long-term spatial memory formation

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Higgins, David Conal. "A theoretical and numerical study of certain dynamical of synaptic plasticity." Paris, Ecole normale supérieure, 2014. http://www.theses.fr/2014ENSURI01.

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Abstract:

L'efficacité synaptique quantifie la capacité d'un neurone présynaptique à influer sur le potentiel de membrane d'un neurone postsynaptique. La plasticité synaptique, regroupant tous les processus d'altération de l'efficacité synaptique, est considérée comme le mécanisme fondamental de mémorisation et d'apprentissage dans le cerveau. Dans ce travail nous examinons des règles d'apprentissage formelles aux synapses chimiques et leurs conséquences sur la mémorisation de patrons appris. La plasticité de la synapse entre les fibres parallèles du cervelet et la cellule de Purkinje n'est pas de type Hobbien et dépend de la fréquence et de la durée de l'activité présynaptique. Nous avons développé un modèle qui prenne en compte les caractéristiques de cette règle d'apprentissage spécifique. Ce modèle, basé sur l'interaction entre des variables de signalisation par le calcium et l'oxyde nitrique (NO) reproduit un large corpus de données expérimentales publiées. La relative simplicité de ce modèle permettra son utilisation dans des simulations nunmériques faisant intervenir un grand nombre de synapses dans une architecture de réseau. En parallèle nous avons étudié une règle de plasticité plus typique, telle qu'observée aux synapses corticales, et avons développé des outils analytiques prédisant le comportement de cette synapses modèle dans le contexte de régimes d'activité présynaptique et postsynaptique poissonniens. Nous étendons cette analyse formelle à un réseau de neurones « leaky integrate and fire » (LIF) et développons des outils théoriques qui décrivent la réponse du réseau à des entrées externes bruitées d'amplitude constante ou transitoirement augmentée. Nous utilisons ces outils pour mesurer la durée de rétention de mémoires synaptiques dans un régime de décharge de fond à 1/sec soit dans des neurones indépendants soit dans un réseau récurrent. Nous trouvons que l'abaissement de la concentration de calcium extracellulaire augmente les constantes de temps de rétention do la mémoire. L'introduction d'une bistabilité dans la règle d'apprentissage synaptique rallonge le temps de mémorisation de plusieurs ordres de grandeur. Dans tous les cas nous fournissons des prédictions théoriques sur les échelles de temps de rétention de mémoire qui s'accordent aux résultats de simulations numériques. Les deux parties de cette étude traitent des processus régissant l'apprentissage et sa rétention dans les circuits cérébraux. Les doux modèles montrent l'importance de la fréquence de décharge et des corrélations temporelles entre potentiels d'action dans l'induction d'apprentissage au niveau synaptique. L'ajustement des variables du modèle pour mimer les conditions physiologiques in vivo permet d'allonger la rétention d'apprentissage, dans un réseau soumis à une décharge moyenne continue, sur des échelles de temps biologiquement significative. Notre travail présente une tentative d'unification entre les règles biophysiques détaillées régissant l'apprentissage et une approche analytique en champ moyen
Synaptic efficacy measures the ability of a presynaptic neuron to influence the membrane potential of a postsynaptic neuron. The process of changing synaptic efficacy, via plasticity, is thought to underlie learning and memory in the brain. Focusing on chemical synapses, we examine tho abstract rules of synaptic plasticity which determine how changes in synaptic efficacy occur. Beginning with an atypical, non-Hobbian synapse, the parallel fibre to Purkinje cell synapse, we develop a model which explains the burst frequency and length dependence of this particular synaptic plasticity rule. We present a model based on underlying calcium and NO pathways which accurately unifies much of the experimental literature. This model will be useful in future studios of synaptic plasticity for this synapse and its simplicity will allow for numerical studios involving large numbers of synapses in a network architecture. We also examine a more typical plasticity rule for neocortical synaptic plasticity, developing analytical tools which accurately predict the behaviour of this synapse model under pre- and postsynaptic Poisson spiking. Building on this analysis we extend the theory to leaky integrate-and-fire (LIF) neurons in a network. We develop theoretical tools which can accurately describe the network response to both constant and transiently elevated noisy external inputs. Utilising those tools we examine the duration of synaptic memories under ongoing background (1/sec) spiking activity both in independent neurons and in a recurrent network. We find that lowering tho extracellular calcium concentration extends memory time scales and that the further introduction of a bistability to tho synaptic plasticity rule extends this memory time scale by several orders of magnitude. In al! cases we providc theoretical predictions of memory time scales which match subsequent simulation comparisons. Both sets of investigations reveal insights into the processes of learning and subsequent forgetting in the brain. Both models reveal the joint importance of burst frequency and relative spike timing in the induction of memory changes at the synaptic level. Adjustment of model parameters to more closely mimic in vivo conditions extends the retention time of memories, under ongoing activity, to biologically relevant time scales. Our work represents a coherent development right through from the biophysical processes of synaptic plasticity to the analytical mean-field level

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Daouzli, Adel Mohamed Renaud Sylvie Saïghi Sylvain. "Systèmes neuromorphiques étude et implantation de fonctions d'apprentissage et de plasticité /." S. l. : Bordeaux 1, 2009. http://ori-oai.u-bordeaux1.fr/pdf/2009/DAOUZLI_ADEL_MOHAMED_2009.pdf.

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Soula, Anaïs. "Rôle des microARNs cellulaires et vésiculaires dans la régulation transcriptomique du système nerveux." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0794/document.

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Abstract:

Ce travail consiste à étudier l’expression, le rôle et l’échange des microARNs (miARNs), dans le système nerveux (SN). Les microARNs (miARNs) sont des petits ARNs endogènes non-codants qui exercent une régulation négative sur l’expression desgènes, en s’hybridant sur la région 3’ non-codante des ARNm cibles.Dans un premier, nous avons dévoilé le rôle spécifique du miR-92a, dans lecontrôle de l’expression de la sous-unité GluA1 des récepteurs AMPA, dans un paradigme de plasticité synaptique homéostatique, dans lequel la plasticité synaptique est inhibée.Nous avons ensuite montré, par RNA-Seq que les miARNs sont différentiellement exprimés entre les structures du SN. Cette technologie nous a aussi permis de révéler la présence de nouvelles espèces de miARNs. De plus les résultats suggèrent que l’expression des miARNs (connus et nouveaux) participe à la signature transcriptomique singulière de chacune des structures.Dans un troisième temps, notre travail montre que les miARNs peuvent être échangés entre les cellules du système nerveux via les vésicules extracellulaires (EVs). Le contenu des EVs en miARNs varie en fonction de l’activité neuronale, et ces derniers ont pour cibles prédictives des protéines impliquées dans la régulation de la plasticité neuronale. Nos résultats suggèrent donc que l’échange de miARNs via les EVs est un nouveau mécanisme de modulation de la plasticité neuronale.Enfin, nous proposons un nouvel outil de purification des EVs, qui à l’avenir permettrait de purifier les EVs du SNC selon leur origine cellulaire.Pour conclure, ce travail apporte une meilleure compréhension du rôle des miARNs dans la régulation de la physiologie du SNC
This work consists in stuying the expression, the role and the transport of microRNAs (miRNAs) in the central nervous system (CNS). microRNAs (miRNAs) are small endogenous non coding RNAs, exerting a negative regulation on gene expression.They inhibit protein translation by hybridization on the 3’ untranslated region of mRNA.First, we have revealed the specific role of miR-92a in the control of the expressionof GluA1, in an homeostatic plasticity paradigm in which the synaptic plasticity is inhibited.Second, by using RNA-Seq technology, we showed that miRNAs are differentially expressed in the different structures of the CNS. Moreover, we have discovered new species of miRNAs. Finally, our results suggest that the miRNA expression (of known and new miRNAs) participate in the singular transcriptomique signature of each structure.Third, we have shown that miRNAs are transported into EVs, and can be exchanged between the cells of the CNS. The miRNA content of EVs varies depending on neuronal activity. Target prediction of these miRNAs includes genes involved in the regulation of neuronal plasticity. Together, our results suggest that the exchange of miRNAs through EVs is a new mechanism involved in the modulation of neuronal plasticity. Finally, we propose a new tool for purifiying EVs depending on their cellular origin.To conclude, this study allows a better understanding of the role of miRNAs in the regulation of the physiology of the CNS

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Tonelli, Paul. "Relations entre plasticité synaptique et régularité des codages en neuro-évolution." Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066295.

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Abstract:

L'évolution artificielle de réseaux de neurones ou "neuro-évolution'' permet aujourd'hui de générer des réseaux capables de résoudre des tâches non triviales telle que la marche de robots poly-articulés ou la navigation autonome de robots mobiles. Cependant, dans la majorité des cas, les capacités du contrôleur évolué se limitent à résoudre les problèmes déjà rencontrés durant le processus d'évolution, mais le contrôleur ne peut s'adapter en ligne pour faire face à de nouvelles situations. Les travaux que nous avons réalisés font le lien entre deux domaines précédemment indépendants de la neuro-évolution. D'une part, les mécanismes de plasticité synaptique, utilisés comme brique de base dans ces algorithmes pour réaliser des réseaux qui s'adaptent en ligne, d'autre part, les codages génératifs favorisant la création de réseaux de neurones réguliers. Le premier apport de mon travail est de montrer que la combinaison de ces deux outils apporte la possibilité de générer des réseaux capables de s'adapter en ligne à des situations inconnues, ce que la majorité des autres méthodes ne permet pas : les réseaux ne sont souvent capables que de "sauter'' entre les situations présentées durant l'évolution (un phénomène que l'on peut rapprocher du surapprentissage) ou d'être robustes à des changements de l'environnement sans changement qualitatif de leur comportement. Les codages génératifs favorisant la régularité génèrent, au contraire, des topologies où une même règle d'adaptation s'applique à un ensemble de neurones, ce qui rend plus difficile leur "sur-spécialisation''. Le premier apport de mon travail est de montrer que la combinaison de ces deux outils apporte la possibilité de générer des réseaux capables de s'adapter en ligne à des situations inconnues, ce que la majorité des autres méthodes ne permet pas : les réseaux ne sont souvent capables que de "sauter'' entre les situations présentées durant l'évolution (un phénomène que l'on peut rapprocher du surapprentissage) ou d'être robustes à des changements de l'environnement sans changement qualitatif de leur comportement. Les codages génératifs favorisant la régularité génèrent, au contraire, des topologies où une même règle d'adaptation s'applique à un ensemble de neurones, ce qui rend plus difficile leur `"sur-spécialisation''. Notre second apport permet de résoudre un autre problème, rencontré lors de l'évolution de réseaux utilisant des codages génératifs favorisant la régularité: ces codages génèrent des réseaux où le comportement de neurones "groupés'' est similaire, ce qui ne leur permet pas de singulariser le comportement de neurones. L'ajout de mécanismes de plasticité synaptique relâche cette contrainte en autorisant un ensemble de comportements tant qu'il est possible de les apprendre grâce à une règle commune, même si ces comportements sont différents entre eux
The evolution of artificial neural networks or neuro-evolution is able to generate networks capable of solving non-trivial tasks such as makin polyarticulated robots walk or enabling mobile robots to navigate autonomously. However, in most cases, the evolved controller may only solve the problemswhich have already been encountered during the evolutionary process, and the controller cannot adapt online to cope with new situations. Our work establishes the link between two domains of neuro-evolution previously studied independently. On the one hand, synaptic plasticity mechanisms, used as building block in these algorithms to create networks that adapt online and on the other hand, the generative encodings promoting regularity in the createdneural networks. The first contribution of our work is to show that the combination of these two tools provides the ability to generate networks that can adapt online to unknown situations, while the majority of other methods can not: the networks are often only able to "switch" between cases presented during evolution (a phenomenon that can be compared to overlearning) or can only be robust to changes in the environment without any qualitative change in their behavior. Generative encodings promoting regularity, on the contrary, where the same structures are applied to a set of neurons, make it more difficult for the algorithm to overspecialize the evolved networks. Our second contribution solves another problem encountered when evolving neuralnetworks using generative encodings promoting regularity: these encodings generate networks where the behavior of "bundled" neurons is similar, which does not allow them to single out the behavior of any neuron. The addition of synaptic plasticity mechanisms relaxes this constraint by allowing the network to learnin a set of behaviors from a common rule, even if these behaviors are different from one another

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Coget, Arthur. "Etude et modélisation de la plasticité cérébrale chez des patients porteurs de lésions gliales de bas grade opérés en chirurgie éveillée." Thesis, Montpellier, 2020. http://www.theses.fr/2020MONTS053.

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Abstract:

Introduction Les gliomes de bas grade sont des tumeurs cérébrales de progression lente qui affectent l’adulte jeune. Ce mode d’évolution laisse le temps aux réseaux neuraux de se réorganiser de façon massive ce qui permet d’expliquer pourquoi les patients ne présentent habituellement aucun déficit neurologique au diagnostic bien que la tumeur concerne des zones dites «éloquentes». Ces lésions sont donc un sujet d’étude particulièrement intéressant dans la compréhension des mécanismes de plasticité cérébrale.Ces patients bénéficient, comme traitement optimal, d’une chirurgie en condition éveillée permettant une résection la plus importante possible tout en préservant les fonctions neurologiques du patient pour qu’il conserve la meilleure qualité de vie possible.L'imagerie fonctionnelle de repos est un outil robuste en IRM pour étudier la connectivité fonctionnelle et la plasticité cérébrale. Elle est basée sur l’analyse du signal BOLD et présente plusieurs avantages : 1) la possibilité d’être réalisée chez des patients non coopérants 2) la possibilité d’analyser l’ensemble des réseaux neuraux simultanément.Dans ce travail nous souhaitions mesurer les fluctuations de connectivité fonctionnelle durant la période péri-opératoire d’une chirurgie éveillée pour gliome diffus de bas grade afin d’évaluer la plasticité fonctionnelle engendrée par la résection de la tumeur.Dans un second temps, nous avons tenté d'expliquer ces données fonctionnelles péri-opératoires à l’aide de l’imagerie multimodale en analysant l’évolution péri-opératoire de la connectivité anatomique et des paramètres hémodynamiques.Méthodes L’analyse principale portait sur une cohorte de 82 patients porteurs de gliomes diffus de bas grade et opérés en chirurgie éveillée. Pour chaque patient une IRM avec séquences fonctionnelles de repos était réalisée à trois temps : pré-opératoire, post-opératoire immédiat et lors du suivi à 3 mois. Toutes les IRM étaient effectuées pour chaque patient sur la même machine au cours du suivi, soit un système IRM 3.0 Tesla (Skyra, Siemens), soit un système IRM 1.5 Tesla (Avanto, Siemens). Après des étapes classiques de prétraitement, les données fonctionnelles étaient traitées à l’aide du logiciel CONN v16.a.La connectivité anatomique a secondairement été analysée par imagerie de diffusion anisotropique en IRM en se concentrant sur le corps calleux.Enfin les conséquences hémodynamiques de la chirurgie étaient évaluées d’une part via des séquences de perfusion en IRM et d’autre part par une analyse innovante du signal BOLD.RésultatsNous avons constaté de façon surprenante, durant la période post-opératoire immédiate, une altération significative transitoire globale quasi-exclusive de la connectivité interhémisphérique entre régions miroirs, nommée connectivité homotopique.Des modifications de connectivité anatomique concernant le corps calleux et des modifications hémodynamiques régionales et globales ont également été constatées de façon concomitante en période post-opératoire immédiate et à plus long terme après la chirurgie sans qu’un lien direct avec nos données fonctionnelles n’ait pu être mis en évidence.L’analyse des données hémodynamiques a enfin mis une lumière une région intéressante : le striatum. Cette structure pourrait être une région centrale dans le maintien de la connectivité homotopique et son atteinte alors mener aux modifications fonctionnelles observées.Conclusion La rupture d’homotopie fonctionnelle transitoire que nous constatons en période post-opératoire immédiate est probablement d’origine multifactorielle. La prise en compte des données anatomiques et hémodynamiques, dans l’interprétation des résultats fonctionnelles en IRM, est indispensable tant en période post-opératoire immédiate que à plus long terme après la chirurgie. Des travaux d’analyse de la vasoréactivité cérébrale d’une part et de modélisation d’autre part pourraient aider à mieux comprendre les différents phénomènes intriqués
IntroductionDiffuse low-grade gliomas (DLGG) are slow-growing brain tumors occurring in young adults. This slow progression induces extensive neuroplasticity and explains why patients most of the time do not show any obvious neurological deficit at the time of diagnosis although tumors are located in ‘eloquent’ areas. Therefore DLGG provide an interesting model in understanding mechanisms of neuroplasticity.Awake surgery with direct cortical and subcortical electrostimulation mapping is recommended as first-line treatment of DLGG, allowing to maximize tumoral resection and limiting postoperative neurological deficit, maintaining patients quality of life.Resting-state fMRI, based on BOLD signal analysis, is used to study functional connectivity and neural plasticity. This technique allows robust evaluation of neural networks without performing a task. Consequently, it bypasses the impact of confusion, sedation or neurological deficits on task execution. In this thesis, we aimed to investigate perioperative functional connectivity modifications in order to evaluate neural plasticity after awake surgery.Subsequently we explained the functional results using multimodal MRI imaging to analyze anatomic connectivity and hemodynamic parameters.Methods82 patients with DLGG who underwent awake surgical resection were included in the principal study. MRI acquisitions were performed successively before, within 36 h after and three months post-surgery. All scans were executed on the same MRI magnet for each patient, i.e. either a 3.0 T magnet (Skyra, Siemens) or a 1.5 T magnet (Avanto, Siemens). First, data were preprossed using a standardized classical pipeline and analyzed with the CONN toolbox v16.a.Second, anatomic connectivity was evaluated using diffusion tensor imaging of the corpus callosum.Finally hemodynamic changes induced by surgery were assessed with traditional perfusion imaging as well as using an innovative analysis of the BOLD signal’ s temporal shift.ResultsSurprisingly, it was found that specifically a diffuse transient postoperative interhemispheric disconnectivity occurred between homologous regions, known as homotopic connectivity.In parallel, immediate and long-term postoperative alterations in the anatomic connectivity of the corpus callosum were observed. Immediate and long-term postoperative modifications were also found regarding both regional and global hemodynamics characteristics. Yet, no significant link between the homotopic connectivity findings and the anatomical and hemodynamic changes could have been established at this point.Nevertheless, the hemodynamic analysis allowed the identification of a a specific brain region : the striatum. It was hypothesized that it acts as a central region for the maintenance of homotopic connectivity, explaining simultaneously the decreased post-surgical homotopic connectivity observed.ConclusionThe highlighted transient postoperative functional homotopy is probably due to multifactorial causes To start entangling these causes, the use of anatomic and hemodynamic imaging data analyses seems crucial to interpret functional connectivity data both immediate and long-term postoperative.Cerebral vasoreactivity and modelling studies provide thereby a very promising tool to better understand the interrelated processes underlying postoperative functional connectivity modifications

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Cheval, Hélène. "Rôle de la famille de facteurs de transcription Egr dans la mémoire et la plasticité synaptique." Paris 11, 2009. http://www.theses.fr/2009PA11T003.

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Morisset, Valérie. "Plasticité fonctionnelle dans la moelle épinière : caractéristiques et neuromodulation des propriétés membranaires intrinsèques des neurones de la corne dorsale." Bordeaux 2, 1999. http://www.theses.fr/1999BOR28644.

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Captain-Sass, Sylvie. "La plasticité neuronale comme nouveau territoire de l'imaginaire." Thesis, Paris 1, 2015. http://www.theses.fr/2015PA010571/document.

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Abstract:

La collaboration entre artistes et scientifiques accompagne, depuis le XVIe siècle, une évolution des représentations d’un corps de plus en plus morcelé. La théorie de la plasticité neuronale, aussi révolutionnaire pour certains que celle de Copernic ou de Darwin, a esquissé les lignes de nouveaux paradigmes scientifiques, mais aussi philosophiques et sociaux, sur lesquels les artistes contemporains s’appuient de manière poétique, parfois ironique et dénonciatrice. De la fétichisation de la science à la manipulation des concepts et protocoles récents, certains modes d’expression plastiques s’appuient aussi sur l’avancée spectaculaire et stimulante des biotechnologies. Les questions de déformation, d’impermanence et d’interaction accompagnent celle de plasticité, qu’elle soit neuronale, physique ou qu’elle concerne les matériaux. Cette thèse analyse, à partir des éléments de ce contexte, les enjeux de démarches d’artistes aux prises avec ces plasticités à l’œuvre. Prenant en considération le rapport d’influence réciproque qui existe entre plasticité cérébrale et corporelle, j’analyse aussi l’impact d’une pratique méditative ou énergétique sur toute démarche humaine, et plus précisément sur celle de l’artiste par l’élargissement de ses champs perceptifs et créatifs. Je questionne ainsi l’impact du shintaïdo, art martial japonais, sur ma poïèse. L’usage de la cire, matériau plastique à la fois modeste et sacré, est confronté à celui de la toile brute, extirpant de la matière cérébrale mais aussi corporelle des cartographies à la syntaxe mystérieuse, telles des errances nomades telluriques devenues aujourd’hui plus aériennes
Since the 16th century, the collaboration between artists and scientists has gone along with an evolution of representations of a more and more fragmented body. The neuroplasticity theory, as revolutionary for some people as the one of Copernicus or of Darwin, has made a start on the lines of new scientific, but also philosophical and social paradigms, on which contemporary artists rely in a poetic, sometimes ironic and denunciatory way. From the high value given to science to the recent protocols and concepts manipulation, some artistic techniques also rely on the spectacular and stimulating breakthrough of biotechnologies. The questions linked to distortion, impermanence and interaction come with those of plasticity, being neuronal, physical or in connection with materials. From these context elements, this thesis analyzes the issues linked to the approaches from artists grappling with these plasticities at work. Taking into consideration the mutual influence relationship existing between brain and body plasticity, I also analyze the impact of Shintaido, a Japanese martial art, on my poïesis. The use of wax, a both modest and sacred plastic material, is confronted to the use of raw canvas, dragging out maps with a mysterious syntax from brain and body matter, like telluric nomadic wanderings that have become more ethereal today

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Carney, Karen. "Caractérisation Protéomique Des Prolongements Astrocytaires au Cours de la Plasticité Synaptique." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0270/document.

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Abstract:

Les astrocytes sont les cellules les plus abondantes dans le cerveau où ils sontimpliquées dans une myriade de fonctions telles que la neurogénèse, l’homéostasieionique, le soutien métabolique, l’élimination des substances toxiques et dans laréponse aux lésions cérébrales. Des altérations fonctionnelles des astrocytes ont étéassociées avec des pathologies telles que l’épilepsie, la depression et laschizophrénie. A ce titre, l’étude de la contribution astrocytaire aux fonctionssynaptiques revêt un intérêt clinique et sociétal assez conséquent. Dans cette thèse,j’ai évalué le potentiel de plusieurs préparations permettant l’analyse des protéinesastrocytaires impliquées dans la plasticité synaptique et j’ai utilisé celle qui se prêtaitle mieux à la quantification des niveaux de protéines astrocytaires qui se trouventêtre régulées dans différent modèles de plasticité synaptique. J’ai caractériséplusieurs préparations qui peuvent être utilisées pour évaluer la contribution desastrocytes à la plasticité synaptique et j’ai identifié de nombreuses protéinesastrocytaires régulées par la plasticité synaptique et qui sont susceptibles d’êtreciblées lors de prochaines études destinées à identifier les mécanismes d’action desastrocytes dans un contexte physiologique et pathologique
Astrocytes are the most abundant cell type in the brain and mediate a myriad offunctions, including neurogenesis, ion homeostasis, metabolic support, clearance oftoxic substances and responses to brain injuries. Alterations in astrocyte functionhave been linked with neurological disorders such as epilepsy, depression, dementiaand schizophrenia, and thus the continued study of astrocytic contributions tosynaptic function are of clinical and societal relevance. In this thesis I have evaluatedthe potential utility of several preparations for the assessment of astrocyte proteinsinvolved in the regulation of synaptic plasticity, and employed the most suitable ofthese preparations to measure regulation in astrocyte protein levels in models ofsynaptic plasticity. I have characterized several preparations that can be used toevaluate astrocyte contributions to synaptic plasticity and identified numerousastrocyte-enriched proteins regulated by synaptic plasticity that can be targeted infuture studies to elaborate upon the mechanisms of action of astrocytes in bothphysiological and pathological contexts

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Ahdab, Rechdi. "Plasticité des représentations corticales motrices après accident vasculaire cérébral." Thesis, Paris Est, 2010. http://www.theses.fr/2010PEST0031.

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Abstract:

Dans les suites d'un accident vasculaire moteur (AVC), il existe une réorganisation des cartes de représentation corticale des territoires musculaires pouvant intéresser aussi bien le cortex moteur primaire (CMP) que le cortex prémoteur (CPM) de l'hémisphère cérébral atteint. La contribution de ces deux aires à la plasticité corticale post-AVC est loin d'être bien définie. Notre objectif était d'étudier les modifications de cartographie corticale motrice, notamment au niveau du CMP et du CPM, et leur implication dans la récupération fonctionnelle post-AVC. Dans ce but nous avons utilisé une technique de stimulation magnétique transcrânienne (SMT) guidée par l'imagerie (neuronaviguée). Les limites anatomiques des aires corticales et l'existence de repères anatomiques fiables dans différentes régions d'intérêts ont été définies dans un premier temps. Puis nous avons établi la cartographie normale des représentations corticales motrices dans un groupe de sujets sains, notamment au moyen de cartes « probabilistes » d'obtention de réponses motrices à la SMT qui prennent en compte les variabilités interindividuelles. Nous avons ensuite étudié les modifications de ces représentations dans un groupe de patients ayant des séquelles de lésion vasculaire des régions corticales motrices. Enfin, nous avons effectué un travail prospectif de suivi cartographique d'un groupe de patients ayant présenté un AVC moteur. Dans cette dernière partie, l'analyse des données cliniques et de SMT obtenues à la phase aigüe et à trois mois de l'AVC nous a permis de caractériser les modifications anatomo-fonctionnelles corticales qui accompagnent la régression du déficit moteur, supportant en particulier le rôle central du CMP de l'hémisphère lésé. En conclusion, nous proposons des modèles d'organisation neuronale expliquant le fonctionnement du cortex moteur chez le sujet sain ainsi que la récupération motrice après une lésion partielle du CMP
Following stroke, reorganization of the motor cortical maps takes places and involves both the primary motor cortex (M1) and the premotor cortex (PMC) on the affected hemisphere. The relative contribution of each of these two cortical areas in the process of post-stroke plasticity and motor recovery remains uncertain. The present project was designed to study the cortical changes that follow a motor stroke, namely those involving M1 and the PMC, and their implications for motor recovery. For this purpose we used MRI-guided (neuronavigated) transcranial magnetic stimulation (TMS). First, we defined the anatomical limits of the cortical areas and the reliable cortical landmarks within each region of interest. We then defined a normal motor map in a group of healthy subjects. Our “probabilistic” map was based on the probability of obtaining motor responses in a given area and therefore accounted for inter-subject variability of motor representations. Thereafter we studied the modifications of the motor cortical representations in a group of patients having recovered from a motor stroke. Finally, we prospectively followed a group of patients presenting with a motor stroke. By comparing the neurophysiological and clinical data at admission and three months later, we were able to characterize the anatomo-functional cortical changes that accompany motor recovery following stroke. Our results are consistent with a major role of M1 in motor recovery. To conclude, we propose a model of how the motor cortex works in healthy subjects and during post-stroke recovery process

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Dufor, Tom. "Low intensity rTMS to the cerebellum : age dependent effects and mechanisms underlying neural circuit plasticity." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066270/document.

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Abstract:

Les mécanismes de neuroplasticité sont essentiels pour la mise en place et le renforcement des circuits neuronaux lors de périodes critiques du développement, et permettent au cerveau de s'adapter au cours des différentes étapes de la vie. Ces mécanismes varient avec l'âge, sont généralement plus difficile à activer chez l'adulte, et diminuent dans le cerveau âgé. La stimulation magnétique transcrânienne répétée (rTMS) est actuellement utilisée pour moduler l'excitabilité corticale et est décrite comme prometteuse dans le traitement de certains troubles neurologiques. La rTMS de faible intensité (LI-rTMS), ne déclenchant pas directement de potentiels d'action dans les neurones stimulés, a aussi montré des effets thérapeutiques, il est donc important de comprendre les effets biologiques de ces champs magnétiques d'intensités similaires à celles présentes dans les régions adjacentes à la région ciblée par la rTMS de haute intensité. Nous avons utilisé une stimulation magnétique focale de faible intensité (10 mT), ciblant le cervelet ainsi que la voie olivocérébelleuse chez la souris, afin d'aborder certaines de ces questions. Le cervelet est un modèle pertinent, en effet son développement, sa structure, son vieillissement et ses fonctions sont bien décrits, facilitant la détection d'éventuelles modifications dans cette région. Nous avons étudié les effets de LI-rTMS, in vivo ou in vitro, sur la morphologie neuronale, le comportement, et la plasticité post-lésionnelle. Dans une première étude nous avons montré que la LI-rTMS in vivo modifie les épines et la morphologie dendritique des cellules de Purkinje, ces modifications sont associées à une amélioration de la mémoire
Neuroplasticity is essential for the establishment and strengthening of neural circuits during the critical period of development, and are required for the brain to adapt to its environment. The mechanisms of plasticity vary throughout life, are generally more difficult to induce in the adult brain, and decrease with advancing age. Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is commonly used to modulate cortical excitability and shows promise in the treatment of some neurological disorders. Low intensity magnetic stimulation (LI-rTMS), which does not directly elicit action potentials in the stimulated neurons, have also shown some therapeutic effects, and it is important to determine the biological mechanisms underlying the effects of these low intensity magnetic fields, such as would occur in the regions surrounding the central high-intensity focus of rTMS. We have used a focal low-intensity magnetic stimulation (10mT) to address some of these issues in the mouse cerebellum and olivocerebellar path. The cerebellum model is particularly useful as its development, structure, ageing and function are well described which allows us to easily detect eventual modifications. We assessed effects of in vivo or in vitro LI-rTMS on neuronal morphology, behavior, and post-lesion plasticity. We first showed that LI-rTMS treatment in vivo alters dendritic spines and dendritic morphology, in association with improved spatial memory. These effects were age dependent. To optimize stimulation parameters in order to induce post-lesion reinnervation we used our in vitro model of post-lesion repair to systematically investigate the effects of different LI-rTMS stimulation patterns and frequencies. We showed that the pattern of stimulation is critical for allowing repair, rather than the total number of stimulation pulses. Finally, we looked for potential underlying mechanisms participating in the effects of the LI-rTMS, using mouse mutants in vivo or in vitro. We found that the cryptochromes, which have magnetoreceptor properties, must be present for the response to magnetic stimulation to be transduced into biological effects. The ensemble of our results indicate that the effects of LI-rTMS depend upon the presence of magnetoreceptors, the stimulation protocol, and the age of the animal suggesting that future therapeutic strategies must be adapted to the neuronal context in each individual person

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Gagnon, Dave. "Plasticité adaptative de la microcircuiterie neuronale des ganglions de la base dans la maladie de Parkinson." Doctoral thesis, Université Laval, 2018. http://hdl.handle.net/20.500.11794/29907.

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Abstract:

Les ganglions de la base (GB) sont formés de structures sous-corticales essentielles à un comportement psychomoteur normal. Le dérèglement d’une seule de ces composantes provoque un comportement moteur inadapté qui peut être très handicapant. La maladie de Parkinson est la pathologie neurodégénérative la plus fréquente affectant les GB. Elle est principalement caractérisée par la dégénérescence progressive des neurones dopaminergiques (DA) de la substance noire pars compacta provoquant l’apparition de symptômes moteurs tels que la bradykinésie, la rigidité musculaire et le tremblement au repos. Cependant, le bouleversement majeur de l’innervation DA des GB conduit également à plusieurs autres changements neuroadaptatifs et compensatoires. Les travaux de recherche décrits dans cette thèse traitent de plusieurs de ces changements qui affectent la microcircuiterie des ganglions de la base et qui se produisent en marge de la perte massive des neurones DA. Tout d’abord, une étude portant sur l’innervation à sérotonine (5-HT) des ganglions de la base en condition normale et effectuée à partir de cerveaux post-mortem humains sera présentée. Cette étude immunohistochimique a permis de décrire la trajectoire qu’empruntent les faisceaux d’axones 5-HT en provenance des noyaux du raphé du tronc cérébral afin d’innerver les différentes composantes des GB. Ensuite, une description plus précise de l’arborisation axonale unitaire des neurones 5-HT provenant du noyau raphé dorsal chez le rat sera apportée. L’injection par microiontophorèse d’un traceur antérograde a permis de marquer et de reconstruire en trois dimensions l’arborisation axonale complète de plusieurs neurones, mettant ainsi en lumière l’hétérogénéité des projections 5-HT ascendantes. Les études seront ensuite présentées ont été effectuées à partir de modèles animaux de la maladie de Parkinson et mettent en valeur d’importants changements compensatoires. Ces travaux ont permis d’identifier de nouveaux phénomènes neuroadaptatifs concernant l’innervation DA et 5-HT du striatum et du globus pallidus (GP) suite à une lésion DA chez le singe cynomolgus (Macaca fascicularis). L’immunohistochimie combinée à une méthode quantitative stéréologique a conduit à mettre en évidence un bourgeonnement important des axones 5-HT dans le striatum ainsi que dans le GP. Une description précise en microscopie électronique de la structure morphologique fine suggère que les nouvelles varicosités axonales 5-HT retrouvées dans le striatum sont fonctionnelles et présentent davantage de contacts synaptiques, en lien avec un phénomène de bourgeonnement axonal. Contrairement à la dénervation DA massive du striatum, nos résultats indiquent une augmentation de près de dix fois le nombre d’axones DA dans le segment interne du GP. Finalement, des reconstructions du domaine somatodendritiques de neurones du striatum effectuées suite à l’injection intracellulaire de fluorophores ont mis en lumière un nouveau sous-type de neurones de projection du striatum. Ces injections effectuées chez un modèle murin de la maladie de Parkinson nous permettent de conclure que ce sous-type de neurones est affecté différemment par une dénervation DA. Dans l’ensemble, les travaux présentés dans cette thèse soulèvent l’importance de l’innervation DA et 5-HT dans le fonctionnement normal des GB, ainsi que les changements neuroadaptatifs qui surviennent dans la maladie de Parkinson. La description précise de ces changements morphologiques doit être prise en compte afin de mieux comprendre l’expression des symptômes moteurs et non-moteurs de la maladie de Parkinson et expliquer l’apparition des dyskinésies qui surviennent chez une vaste majorité des patients parkinsoniens suite à l’administration quotidienne de L-Dopa, principal traitement pharmacologique de la maladie.
The basal ganglia are a set of subcortical structures involved in psychomotor behaviour. Parkinson’s disease is the most common neurodegenerative disorder affecting the basal ganglia. The slow and progressive degeneration of dopamine (DA) neurons located in the substantia nigra pars compacta leads to disabling motor symptoms such as bradykinesia, resting tremor and rigidity. This work aims at describing the compensatory mechanisms affecting other neuronal systems and designed to compensate for the massive loss of the DA innervation of the basal ganglia. The thesis begins with a post-mortem human study of the main serotonin (5-HT) pathways arising from the raphe nuclei and innervating the different basal ganglia components in normal condition. The next chapter contains a morphological study providing the first detailed description of single axons arising from the dorsal raphe nucleus (DRN) in rats. In order to achieve our goal, under electrophysiological guidance, microiontophoretic tracer injections of an anterograde tracer were placed in the DRN to provide three-dimensional axonal reconstructions of single 5-HT neurons. Other studies presented were performed in animal models of Parkinson’s disease and brought to light new compensatory mechanisms involving the 5-HT and DA innervation of the basal ganglia. Two articles contain data on major neuroadaptative changes of DA and 5-HT innervation of the striatum and the globus pallidus (GP), following a DA lesion in cynomolgus monkeys (Macaca fascicularis). Immunohistochemistry combined to unbiased quantitative approaches indicate an important sprouting of 5-HT axons in the monkey striatum and GP. Interestingly, in contrast to the massive striatal DA denervation, we report a ten-time increase of the number of DA axons in the GP internal segment of parkinsonian monkeys. Electron microscopy study suggests that the newly-formed 5-HT axon varicosities observed in the striatum establish more synapses after DA lesion, in line with the sprouting of 5-HT axons. The last chapter contains a meticulous morphological study of a peculiar population of medium spiny neurons endowed with a dendritic arborization that is less affected by DA lesion in mice. In summary, studies presented in this doctoral thesis shed a new light on some of the compensatory mechanisms observed in different basal ganglia components and designed to cope for the massive loss of DA neurons that characterize Parkinson’s disease. The compensatory mechanisms outlined in this work should be taken into account to better understand the expression of motor and non-motor symptoms as well as the expression of dyskinesia induced by long-term pharmacological treatment with L-Dopa.

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Linnarsson, Sten. "Neurotrophic factors and neuronal plasticity /." Stockholm, 2001. http://diss.kib.ki.se/2001/91-628-4618-3/.

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Mysore, Shreesh Pranesh Schuman Erin Margaret Quartz Steven. "Structural plasticity in neuronal networks /." Diss., Pasadena, Calif. : California Institute of Technology, 2007. http://resolver.caltech.edu/CaltechETD:etd-11102006-021149.

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Sallagundala, Nagaraja. "Neuronal hypothalamic plasticity in chicken." Doctoral thesis, Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät I, 2007. http://dx.doi.org/10.18452/15600.

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Abstract:

Aufgabe der elektrophysiologischen Studie zur Charakterisierung der neuronalen hypothalamischen Plastizität beim Haushuhn war es, den Einfluss des Alters sowie GABAerger Substanzen auf die Feuerrate und die Temperatursensitivität (thermischer Koeffizient: TC) von Hypothalamusneuronen mittels extrazellulärer Ableitungen in Hirnschnitten zu untersuchen. Im Vergleich zu adulten Vögeln und Säugetieren wurde bei juvenilen Hühnern eine hohe neuronale Kältesensitivität nachgewiesen, die offensichtlich eine spezifische Eigenschaft juveniler Vögel ist. Die Ontogenese der neuronalen hypothalamischen Thermosensitivität ist deutlich artspezifisch. Einige Neurone wiesen eine inherente Kältesensitivität auf. Eine mögliche zentrale Rolle kältesensitiver Neurone im Rahmen der Thermoregulation juveniler Hühner wurde postuliert. Muscimol und Baclofen hemmen signifikant die Feuerrate der Hypothalamusneurone, unabhängig von der jeweiligen Thermosensitivität. Demgegenüber bewirken Bicucullin und CGP35348 einem Anstieg der Feuerrate. Nur bei kältesensitiven Neuronen wurde der TC signifikant durch GABAB-Rezeptor-Liganden verändert (signifikant erhöht durch Baclofen und durch CGP35348 gehemmt). Der Effekt von Muscimol und Baclofen auf Feuerrate und TC wurde durch Co-Perfusion mit einer 10-fach höheren Konzentration der entsprechenden Antagonisten Bicucullin und CGP35348 aufgehoben. Der wesentliche GABAerge Einfluss auf thermosensitive und –insensitive Hypothalamusneurone ist mit dem bei Säugetieren nachgewiesenen vergleichbar. Der einzige Unterschied betrifft die GABAB-Rezeptor vermittelte Änderung des TC. Beim Hühnerküken betraf dies die kältesensitiven und beim Säugetier die wärmesensitiven Neurone. Der grundlegende Mechanismus der GABAergen Beeinflussung thermosensitiver und –insensitiver Neurone scheint einen älteren evolutionären Ursprung zu haben. Eine funktionelle Rolle GABAerger Substanzen im Rahmen der zentralen Kontrolle der Körpertemperatur beim Vogel ist möglich.
In the present electrophysiological studies, characterization of neuronal hypothalamic plasticity in the chicken aims to investigate the influence of age during development by extracellular recordings. High neuronal cold sensitivity has been found in juvenile chicken in contrast to adult mammals and birds. High hypothalamic cold sensitivity seems to be a specific characteristic feature in juvenile birds. Between species a species specificity of the early development of neuronal hypothalamic thermosensitivity could be clearly demonstrated. Existence of inherent nature to a certain degree suggests a possible thermoregulatory role of cold-sensitive neurons in chicken. The effects of the GABAergic substances on neuronal tonic activity (firing rate) and temperature sensitivity (temperature coefficient) in hypothalamic neurons have been examined. Muscimol and baclofen in equimolar concentrations significantly inhibited tonic activity, regardless of their type of thermosensitivity. In contrast bicuculline and CGP 35348 increased firing rate. Temperature coefficient was significantly changed by ligands of GABAB receptors, restricted to cold-sensitive neurons. The TC was significantly increased by baclofen and significantly decreased by CGP 35348. Effects of muscimol and baclofen on firing rate and TC were prevented by co-perfusion of appropriate antagonists bicuculline and CGP 35348, respectively in tenfold higher concentration. Thus the main effects of GABA in chicken are similar with that described in mammals. The only difference is in respect of the GABAB receptors mediated change restricted to cold-sensitive neurons in chicken but in mammals only seen in warm-sensitive neurons. However, the results indicate that the fundamental mechanism of GABAergic influence in chicken are conserved during evolution. The response of hypothalamic neurons to temperature changes suggest a possible functional role of GABAergic substances in the control of body temperature in birds.

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Forest, Jérémy. "Impact of adult neurogenesis versus preexisting neurons on olfactory perception in complex or changing olfactory environment." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSE1326/document.

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Abstract:

L'olfaction est un sens clé dans l'adaptation du comportement. Pour permettre des actions appropriées le système olfactif doit effectuer des discriminations fines entre stimuli. Les performances de discrimination peuvent être améliorées via l'apprentissage perceptif et une structure cérébrale clé : le bulbe olfactif. Cette structure est cible d'une forme de plasticité particulière qui est la neurogenèse adulte. C'est là que des nouveaux neurones, majoritairement des cellules granulaires, régulent l'activité des cellules relais. Il a été montré que ces neurones sont requis pour un apprentissage perceptif.La question centrale de cette thèse est d'élucider le rôle et la spécificité des nouveaux neurones dans l'apprentissage olfactif complexe et changeant.Nous avons d'abord étudié l'effet d'un apprentissage perceptif complexe sur la neurogenèse adulte. Cette étude à démontré la nécessité et suffisance des nouveaux neurones dans l'apprentissage perceptif simple. Elle a aussi montré que lorsque l'apprentissage devient complexe, un réseau plus large est recruté, requérant les neurones préexistant.L'environnement olfactif est aussi changeant. Dans une seconde étude nous avons investigué comment la mémoire olfactive est altérée par nouvelle mémoire et le rôle de la neurogenèse adulte dans ce processus. Elle a montré le rôle des nouveaux neurones à sous tendre la mémoire olfactive et l'importance du délai entre apprentissages dans la stabilisation mnésique.Finalement, le recours aux neurosciences computationnelles a eu pour but de définir le rôle des nouveaux neurones granulaire au niveau du premier niveau de transformation de l'information et comment le raffinement des représentations sensorielles émerge par décorrelation.Pour conclure, la perception olfactive est changeante en fonction des modifications environnementales et cette plasticité est sous tendu par une plasticité du circuit du bulbe olfactif, due en grande partie à la neurogenèse adulte
Olfaction is a key player in behavioral adaptation. To perform tasks accurately, the olfactory system has to perform fine discrimination between very close stimuli. The discrimination performances can be enhanced through perceptual learning and a key cerebral structure in this is the olfactory bulb. This structure is the target of a specific form of plasticity that is adult neurogenesis. In this structure, adult-born neurons differentiate mostly in granule cells that regulate the activity of the relay cells. It has previously been shown that these neurons are required to perform perceptual learning. The central question of this thesis work is to elucidate both the role and the specificity of adult born neurons during complex or changing olfactory learning.We first studied the effect of complex perceptual learning on adult neurogenesis. This study demonstrated the necessity and sufficiency of adult-born neurons for simple olfactory learning. It also showed that when learning becomes complex, a larger neural network is involved requiring preexisting neurons.The olfactory environment is also changing. In a second study we investigated how the memory of an olfactory information is altered by the acquisition of a new one and what is the role of adult neurogenesis in this process. This second study highlighted the role of adult-born neurons in underlying olfactory memory and the importance of delay between learning for memory stabilization.Lastly, an approach relying on computational neurosciences aimed at outlining a computational framework explaining the role of adult-born granule cells in early olfactory transformations and how sharpened sensory representations emerge from decorrelation.To conclude, olfactory perception is changing according to environmental modifications and this plasticity is underlain by an important plasticity of the olfactory bulb circuitry due in large part to adult neurogenesis

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Bellier, Ludovic. "Encodage neuronal des sons de parole : développements méthodologiques, générateurs neuronaux et application au malentendant appareillé." Thesis, Lyon 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LYO10135/document.

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Abstract:

A ce jour, six millions de français sont atteints de troubles de l'audition. Face à ce problème de santé publique, des outils performants d'exploration de la fonction auditive sont indispensables. La Speech ABR (Speech Auditory Brainstem Response ou Réponse du tronc cérébral auditif à la parole) est un outil prometteur, comme marqueur électrophysiologique fin de l'encodage neuronal de la parole. Cependant, sa méthodologie reste peu développée, son origine neuronale incertaine et elle n'a jamais été enregistrée chez le malentendant porteur d'aides auditives. Le premier axe de cette thèse porte sur les générateurs neuronaux de la Speech ABR. Le développement d'une méthodologie de recueil topographique de cette réponse jusqu'alors décrite comme strictement sous-corticale, a d'abord suggéré la possibilité d'un générateur cortical. Une étude en stéréo-électroencéphalographie a ensuite confirmé l'existence d'une activité Speech ABR dans les cortex auditifs primaires bilatéraux. Ce résultat apporte un éclairage nouveau sur la représentation des sons de parole par système nerveux auditif. Le second axe concerne l'étude de la Speech ABR chez le malentendant appareillé. Après avoir développé une méthodologie de stimulation acoustique directement au travers des aides auditives, nous avons étudié la plasticité neuronale induite par le port d'aides auditives. Les résultats montrent une amélioration de l'identification des phonèmes amplifiés, liée à une représentation corticale modifiée et à un encodage fréquentiel rééquilibré. Ces toutes premières preuves de plasticité neuronales dès les 4 premiers mois d'utilisation des aides auditives ouvrent de nouveaux espoirs thérapeutiques
To date, six million French are hearing impaired. To address this public health issue, efficient tools for exploration of the hearing function are essentials. Speech ABR (Speech Auditory Brainstem Response) is a promising tool, being a fine electrophysiological marker of the neuronal encoding of speech. Though, its methodology remains underdeveloped, its neural origin is still uncertain, and it has never been recorded in hearing aid users. The first axis of this thesis focuses on the neural generators of Speech ABR. The development of a methodology for recording topographies of this response, up to now described as strictly subcortical, first suggested the possibility of a cortical generator. A stereo-electroencephalography study then confirmed the existence of Speech ABR activity in bilateral primary auditory cortices. This result sheds a new light on the representation of speech sounds within the auditory nervous system. The second axis concerns the study of Speech ABR in hearing aid users. After having developed a methodology of acoustic stimulation directly through hearing aids, we investigated neural plasticity induced by hearing aid use. Results show an improvement in the identification of amplified phonemes, linked to an altered cortical representation and a rebalanced frequency encoding. This very first evidence of neural plasticity as soon as the first four months of hearing aid use opens up new therapeutic hopes

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Foncelle, Alexandre. "Data-driven computational modelling for some of the implications of dopamine in the brain : From subcellular signalling to area networks." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEI028/document.

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Abstract:

Dans le cerveau, il est difficile de mettre au point des expériences avec un niveau de contrôle approprié à cause du haut niveau de connectivité. Pour traiter ce problème, les modèles mathématiques sont utilisés pour représenter le cerveau d’une façon plus compréhensible. En effet, les modèles mathématiques peuvent être plus pratiques que les expériences pour tester des hypothèses et chercher à extraire l’essence même du principe étudié, en le simplifiant. De plus, la modélisation computationnelle forme une branche spécifique de la modélisation mathématique, permettant de résoudre de gros calculs numériques. Dans cette thèse, j’ai utilisé la modélisation computationnelle à travers différentes approches pour étudier certaines régions cérébrales. Nous avons collaboré avec des neurobiologistes en appliquant nos modèles à des données expérimentales pour contribuer à mieux comprendre l’action de la dopamine, un neuromodulateur. J’ai étudié la diversité de l’action de la dopamine à trois échelles: la région cérébrale, le niveau cellulaire et le niveau moléculaire. La dopamine a un gros impact sur le cerveau et elle est principalement connue pour son implication dans le système de récompense. En effet, c’est une molécule associée à la prédiction de récompense et de punition. Peu de régions produisent de la dopamine et ces régions sont altérées par la maladie de Parkinson ou perturbées par la dépression. Pour la maladie de Parkinson, j’ai conçu un modèle de type taux de décharge pour reproduire l’activité neuronale des ganglions de la base. Ce modèle montre des réponses neuronales significativement différentes, entre la condition témoin et la condition parkinsonienne. Par ailleurs, avec un modèle de type Hodgin-Huxley prenant en compte la dynamique de l’ion potassium, j’ai pu appuyer l’hypothèse que la région cérébrale appelée l’habenula, lorsqu’elle est hyperactive, induirait la dépression. Cette dépression serait due à un déséquilibre de la concentration en potassium à cause d’une dysfonction de l’astrocyte (surexpression des canaux Kir4.1). Enfin, la dopamine est aussi impliquée dans la plasticité synaptique, un phénomène à la base de la mémoire. Je l’ai étudié avec un troisième modèle, prenant en compte plusieurs résultats expérimentaux relatifs à la plasticité en fonction du timing des potentiels d’action et de sa modulation
In the brain, the high connectivity level makes it difficult to set up experiments with an appropriate level of control. To address that issue, mathematical models are used to represent the brain in a more comprehensive way. Easier than experiments to test hypotheses, mathematical models can extend them closer to reality and aim to extract the studied principle essence, by simplifying it. Computational modelling is a specific branch of mathematical modelling allowing to solve large numerical calculations. In this thesis, I used computational modelling to study brain parts through different approaches, all in collaboration with neurobiologists and applied to experimental data. A common framework is given by the goal of contributing to a picture of the action of the neuromodulator dopamine. I studied the diversity of dopamine's action at three different scales: the brain region, the cellular level and the molecular level. Dopamine has a large impact on the brain and it is mainly known for its rewarding dimension, it is, indeed, the molecule associated with reward prediction and punishment. Few regions in the brain produce dopamine and these regions are impaired in Parkinson's disease or disrupted in major depressive disorders. Concerning Parkinson's disease, I designed a firing-rate model to fit experimental basal ganglia neural activity, which disclosed significant changes of the neural response between control and Parkinsonian condition. Furthermore, with a Hodgkin-Huxley model accounting for the dynamics of the potassium ion, I could support the hypothesis that the brain region called lateral habenula hyper-activates and induces major depressive disorders because of unbalanced potassium concentration due to astrocyte dysfunction (Kir4.1 channels overexpression). Dopamine is also involved in synaptic plasticity, a phenomenon at the basis of memory that I explored with a third model accounting for several experimental results pertaining to spike-timing-dependent plasticity and its modulation

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Elramah, Sara. "Towards a Better Understanding of miRNA Function in Neuronal Plasticity : implications in Synaptic Homeostasis and Maladaptive Plasticity in Bone Cancer Pain Condition." Thesis, Bordeaux 2, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR22073/document.

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Abstract:

Les micro-ARNs (miRNAs) sont de petits ARNs (20-25 nt) qui ont un rôle important dans les mécanismes d'interférence ARN. Les miRNAs sont des inhibiteurs de l'expression génique qui interviennent au niveau post-traductionnel en s'hybridant à des sites spécifiques de leurs ARNm cibles. Ce mécanisme induit la dégradation de l'ARNm ou l'inhibition de sa traduction. Puisque l'hybridation partielle du miRNA est suffisante pour induire une inhibition, chaque miRNA peut avoir des centaines de cibles. Les miRNAs sont impliqués dans de nombreuses fonctions biologiques et en particulier dans processus neuronaux. Plus de la moitié des miRNAs connus sont exprimés dans le cerveau de mammifère avec une distribution spécifique du miRNA considéré. A l'échelle sub-cellulaire il y a également une distribution hétérogène des miRNAs. De plus, il a été montré récemment une implication des miRNAs dans la régulation de la traduction locale dans les neurones. En effet, des miRNAs et des protyeines impliquées dans la biogenèse et la fonction des miRNAs ont été retrouvés dans le soma, les dendrites et les axones. Il a été montré que la dérégulation des miRNAs été impliquée dans de nombreux mécanismes pathologiques. Cette thèse a pour objectif de révéler le rôle des miRNAs dans la plasticité synaptique. Nous avons étudié l'implication des miRNAs dans les mécanismes de la plasticité synaptique homéostatique et dans la plasticité dysfonctionnelle rencontrée en condition de douleur cancéreuse.Notre hypothèse était que la régulation de la traduction locale des récepteurs AMPA dans les dendrites en condition d'homéostasie synaptique implique les miRNAs. Par bio-informatique, qRT-PCR et test luciférase, nous avons identifié le miRNA miR-92a comme régulateur de la traduction de l'ARNm de GluA1. Des immunomarquages des récepteurs AMPA et des enregistrements des courants miniatures AMPA montrent que miR-92a régule spécifiquement l'incorporation synaptique de nouveau récepteurs AMPA contenant GluA1 en réponse à un blocage de l'activité synaptique. La douleur est un symptôme très fréquemment associé au cancer et constitue un challenge pour les médecins puisque aucun traitement spécifique et efficace n'existe. C'est sans doute le résultat d'un manque de connaissances des mécanismes moléculaires responsables de la douleur cancéreuse. En combinant les screening des miRNA et des ARNm, nous avons mis en évidence une voie de régulation impliquant miR-124, un miRNA enrichi dans le système nerveux. Ainsi, dans un modèle de douleur cancéreuse chez la souris, la diminution de miR-124 est associée à une augmentation de ces cibles : calpain 1, synaptopodine et tropomyosine 4. Toutes ces protéines ont précédemment été identifiées comme des molécules clef de la fonction et de la plasticité synaptique. Des experiences in vitro ont confirmé que miR-124 exercait une inhibition multiple de calpain 1, synaptopodine et tropomyosine 4. La pertinence clinique de cette découverte a été vérifiée par le screening du liquide cérébro-spinal de patients souffrant de douleur cancéreuse qui montre également une diminution de miR-124. Ce résultat suggère un fort potentiel thérapeutique du ciblage de miR-124 dans les douleurs cancéreuses. Enfin, l'injection intrathécale de miR-124 dans des souris cancéreuses a permis de normaliser l'expression de la synaptopodine et de stopper la douleur cancéreuse lors de la phase initiale de la maladie
MicroRNAs (miRNAs) are a type of small RNA molecules (21-25nt), with a central role in RNA silencing and interference. MiRNAs function as negative regulators of gene expression at the post-transcriptional level, by binding to specific sites on their targeted mRNAs. A process results in mRNA degradation or repression of productive translation. Because partial binding to target mRNA is enough to induce silencing, each miRNA has up to hundreds of targets. miRNAs have been shown to be involved in most, if not all, fundamental biological processes. Some of the most interesting examples of miRNA activity regulation are coming from neurons. Almost 50% of all identified miRNAs are expressed in the mammalian brain. Furthermore, miRNAs appear to be differentially distributed in distinct brain regions and neuron types. Importantly, miRNAs are reported to be differentially distributed at the sub-cellular level. Recently, miRNAs have been suggested to be involved in the local translation of neuronal compartments. This has been derived from the observations reporting the presence of miRNAs and the protein complexes involved in miRNA biogenesis and function in neuronal soma, dendrites, and axons. Deregulation of miRNAs has been shown to be implicated in pathological conditions. The present thesis aimed at deciphering the role of miRNA regulation in neuronal plasticity. Here we investigated the involvement of miRNA in synaptic plasticity, specifically in homeostatic synaptic plasticity mode. In addition, we investigated the involvement of miRNAs in the maladaptive nervous system state, specifically, in bone cancer pain condition.We hypothesized that local regulation of AMPA receptor translation in dendrites upon homeostatic synaptic scaling may involve miRNAs. Using bioinformatics, qRT-PCR and luciferase reporter assays, we identified several brain-specific miRNAs including miR-92a, targeting the 3’UTR of GluA1 mRNA. Immunostaining of AMPA receptors and recordings of miniature AMPA currents in primary neurons showed that miR-92a selectively regulates the synaptic incorporation of new GluA1-containing AMPA receptors during activity blockade.Pain is a very common symptom associated with cancer and is still a challenge for clinicians due to the lack of specific and effective treatments. This reflects the crucial lack of knowledge regarding the molecular mechanisms responsible for cancer-related pain. Combining miRNA and mRNA screenings we were able to identify a regulatory pathway involving the nervous system-enriched miRNA, miR-124. Thus, miR-124 downregulation was associated with an upregulation of its predicted targets, Calpain 1, Synaptopodin and Tropomyosin 4 in a cancer-pain model in mice. All these targets have been previously identified as key proteins for the synapse function and plasticity. Clinical pertinence of this finding was assessed by the screening of cerebrospinal fluid from cancer patient suffering from pain who presented also a downregulation of miR-124, strongly suggesting miR-124 as a therapeutic target. In vitro experiments confirmed that miR-124 exerts a multi-target inhibition on Calpain 1, Synaptopodin and Tropomyosin 4. In addition, intrathecal injection of miR-124 was able to normalize the Synaptopodin expression and to alleviate the initial phase of cancer pain in mice

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Chudotvorova, Ilona. "Rôle de KCC2 dans la plasticité neuronale." Aix-Marseille 2, 2006. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2006AIX22044.pdf.

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Abstract:

Lors du développement, la différentiation neuronale et la création de réseaux neuronaux sont accompagnés de changements majeurs de l’expression et de la fonction de canaux et transporteurs ioniques contrôlant l’activité neuronale (Ben Ari, 2002). Un des plus grands changements concerne la signalisation médiée par les récepteurs GABA (GABAAR). Le GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur du cerveau adulte. Cependant, à un état précoce du développement (lors des deux premières semaines post-natales chez le rongeur), son effet est différent. Paradoxalement, son action est dépolarisante et excitatrice sur des neurones immatures (Leinekugel et al. , 1999;Ben Ari et al. , 1989). Il a été démontré plusieurs rôles physiologiques pour ce GABA dépolarisant et excitateur dans le cerveau en développement. La dépolarisation produite par le GABA provoque des potentiels d’action sodiques, active les canaux calcium voltage-dépendant et facilite l’activité des récepteurs NMDA par l’atténuation du blocage magnésium de ces récepteurs (Leinekugel et al. , 1997). Le GABA dépolarisant est un acteur critique de la génération des potentiels dépolarisants géants (GDPs), schéma d’activité caractéristique de l’activité de réseau dans le cortex immature (Garaschuk et al. , 2000;Ben Ari et al. , 1989;Ben Ari, 2002). Selon plusieurs articles, le GABA dépolarisant joue un rôle de facteur trophique sur le développement cérébral, contrôlant la différentiation neuronale (Loturco et al. , 1995), la croissance neuronale (Barbin et al. , 1993;Groc et al. , 2002) et le phénotype neuronal (Marty et al. , 1996). Le passage de l’action du GABA d’excitateur à inhibiteur implique non seulement le mode de fonctionnement du réseau neuronal mais aussi les effets trophiques du GABA (Represa & Ben Ari, 2005). Le GABA dépolarisant participe dans l’induction de la plasticité à long terme des synapses GABAergiques (Caillard et al. , 1999b) et glutamatergiques (Pavlov et al. , 2004) dans l’hippocampe de rat nouveau-né. Le blocage des GABAARs de l’hippocampe de rats nouveau-nés inhibe la formation des synapses GABAergiques (Colin-Le Brun et al. , 2004). L’action dépolarisante du GABA est due à une concentration intracellulaire élevée de chlore dans les neurones immatures (Ben Ari et al. , 1989), qui est elle-même due au développement postnatal du système d’homéostasie du chlore. Ce système est principalement régi par le co-transporteur potassium-chlore KCC2 (Rivera et al. , 1999). Le niveau d’expression de KCC2 est relativement bas dans les neurones de l’hippocampe de rat immature, mais augmente durant la seconde semaine postnatale. Cette augmentation est associée avec le décalage progressif du potentiel de réversion de la réponse médiée par les GABAARs. Cela change l’action du GABA d’excitateur à inhibiteur (Ludwig et al. , 2003;Rivera et al. , 2005;Stein et al. , 2004). De récentes données montrent que KCC2 serait aussi impliqué dans la neurotoxicité (Rivera et al. , 2004). Une des conséquences d’une libération excessive de glutamate lors d’une pathologie cérébrale est la modification de l’homéostasie du chlore favorisant la dilatation cellulaire, la dépolarisation de la membrane et ainsi contribue à la neurotoxicité. Une telle augmentation de la concentration intracellulaire de chlore est due à l’inactivation de KCC2 (Woodin et al. , 2003;Palma et al. , 2006). En effet, dans des neurones pyramidaux de CA1 de tranches d’hippocampe adulte, une activité de type inter-ictale soutenue diminue l’expression de l’ARNm de KCC2 et de sa protéine. Cela conduit à une moindre sortie de chlore et change le GABA d’inhibiteur à excitateur (Rivera et al. , 2004). Cela facilite l’activation des RNMDAs, selon le scénario décrit précédemment pour des neurones immatures (Leinekugel et al. , 1997), ce qui conduit alors à la mort neuronale. L’ensemble de ces données suggère donc que l’activité neuronale synchrone dirigée par la neurotransmission GABA excitatrice participe à la formation du réseau neuronal lors du développement cérébral précoce. Comme, lors du développement, le passage de l’effet du GABA d’excitateur à inhibiteur est sous le contrôle de KCC2, nous postulons que ce transporteur joue un rôle important dans la formation du réseau neuronal. Le but principal de ce travail de thèse est de vérifier cette hypothèse en utilisant différents modèles permettant la modification de l’expression de KCC2. Le travail de thèse inclut quatre parties complémentaires: I) la mise en place des modèles expérimentaux et des outils de biologie moléculaire permettant la surexpression de KCC2 dans des neurones vivants; II) l’étude du rôle de régulation de KCC2 dans la synaptogenèse en utilisant la surexpression de cette protéine; III) l’étude de la synaptogenèse dans un modèle comportant un déficit en KCC2; IV) l’étude des implications possible de KCC2 comme agent neuroprotecteur.

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Chereau, Ronan. "Investigating morpho-functional plasticity of CA3 axons in living brain slices by a combination of STED microscopy and electrophysiology." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0050/document.

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Abstract:

Une précision à l’échelle de la milliseconde dans le transfert d'informations entre les neurones est essentielle pour la synchronisation et la plasticité des circuits neuronaux dans le cerveau. Les axones sont des prolongements neuronaux qui assurent la communication via des impulsions électriques ou des potentiels d’action (PA). A cause du manque de myéline et de leur diamètre très fin, les axones de l'hippocampe propagent les PA lentement et ainsi générer des délais de conduction très long (jusqu’à 100 ms) qui sont traditionnellement considérés comme invariants. Cependant, plusieurs études ont montré que l'activité change la morphologie des axones et module le temps de latence de la transmission. Il convient donc de se demander si le diamètre des axones varie en fonction de l'activité pouvant influencer lapropagation des PA.Les diamètres des axones non-myélinisés de l’hippocampe (compris entre 100-350 nm) sont généralement trop petits pour être résolu par la microscopie photonique conventionnelle. Le développement récent de l’imagerie super résolution STED permet désormais l'observation de la dynamique de leur morphologie détaillée dans le tissu vivant. En combinant la microscopie STED, l’électrophysiologie avec enregistrements en champs et patch-clamp dans des tranches de cerveau de souris et des simulations informatiques, nous avons découvert que les axones du CA3 subissent un élargissement de leur diamètre après l'induction de la potentialisation à long terme (PLT). Nous démontrons que cet élargissementde diamètre augmente la vitesse de conduction des PA. Dans l'ensemble, nos résultats indiquent que les axones peuvent réguler leur diamètre de manière dynamique changeant le délai de conduction des PA, ce qui modifie le timing du transfert d’information dans les circuits neuronaux. Cette étude suggère l’existence d’un nouveau type de mécanisme structurel dans le compartiment axonal jouant un rôle pour la plasticité neuronale
Millisecond timing precision in the transfer of information between neurons is essential for the synchrony and plasticity of neural circuits in the brain. Axons are neuronal extensions that ensure the communication via brief electrical impulses called action potentials (AP). Because they are unmyelinated and are extremely thin, hippocampal axons propagate APsslowly and thus generate long delays of conduction (up to 100 ms) that are traditionally considered invariant. However, recent studies have shown that activity changes the morphology of axons and modulate the latency of transmission, thus raising the question whether axons undergo activity-dependent structural changes that could influence the propagation of APs. The diameter of hippocampal axons (ranging between 100-350 nm) are usually too thin to be properly resolved by conventional light microscopy. However, the development of super resolution STED imaging now enables the observation of their detailed morphological dynamics in living tissue. Using a novel combination of STED microscopy, field recordings, patch-clamp electrophysiology in mouse brain slices and computer simulations we discovered that CA3 axons undergo long-lasting enlargement in their diameter after the induction of long term potentiation (LTP). We provide strong evidence that this diameter enlargement increases AP conduction velocity. Taken together, our findings indicate that axons can dynamically tune AP propagation delays by changing their diameters, thereby altering the timing of information transfer in neural circuits. This study suggests a novel and powerful structural mechanism for neural plasticity

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Fourrier, Celia. "Bases neurobiologiques des troubles de l'humeur et de la cognition associés à l'obésité : rôle de l’inflammation." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0359/document.

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Abstract:

L’obésité est une maladie associée à des altérations métaboliques et inflammatoires et constitue un facteur de risque important de développer des comorbidités telles qu’un diabète de type 2. De plus, la prévalence de troubles de l’humeur et de la cognition est élevée chez les sujets obèses. Ces troubles neuropsychiatriques compliquent la prise en charge de l’obésité, contribuent à son aggravation et peuvent à terme favoriser le développement des comorbidités associées. Diminuer le développement de ces troubles pourrait donc permettre d’améliorer la santé et la qualité de vie des individus obèses. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse a été de comprendre les mécanismes neurobiologiques sous-tendant l’apparition de ces troubles neuropsychiatriques, dans le but d’identifier de nouvelles cibles potentielles pour le développement de stratégies préventives et/ou thérapeutiques visant à les réduire. Dans ce but, des modèles animaux d’obésité tels que la souris db/db, qui présentent une obésité sévère associée à des altérations caractéristiques du syndrome métabolique, peuvent être particulièrement utiles.[ ]Dans un premier temps, nous avons montré qu’une restriction calorique ou un traitement anti-inflammatoire diminuait les comportements de type anxieux chez la souris db/db. Cette amélioration était associée à une diminution sélective de l’expression génique du TNF-α dans l’hippocampe, ce qui suggère une contribution de cette cytokine pro-inflammatoire dans les comportements de type anxieux associés à l’obésité. Nous avons ensuite confirmé cette hypothèse en montrant que le blocage sélectif du TNF-α cérébral par administration i.c.v. d’étanercept (un récepteur leurre du TNF-α) diminuait les comportements de type anxieux chez les souris db/db. De façon intéressante, des mesures électrophysiologiques ont permis de montrer que cette amélioration des comportements émotionnels par l’étanercept impliquait la modulation de l’activité spontanée des neurones dans l’hippocampe ventral, région connue pour son rôle dans la régulation des émotions. Dans un second temps, nous avons essayé d’identifier de nouvelles stratégies préventives et/ou thérapeutiques pour améliorer l’humeur et la cognition chez les sujets obèses. Nous avons donc évalué l’effet d’un régime enrichi en acides gras polyinsaturés de type n-3 et antioxydants sur les altérations comportementales des souris db/db. En effet, ces nutriments sont connus pour moduler différents paramètres neurobiologiques impliqués dans la régulation du comportement. Nous avons montré que la consommation chronique de ce régime supprimait les déficits de mémoire spatiale dépendante de l’hippocampe chez les souris db/db dans le test de la piscine de Morris et que cette amélioration cognitive était probablement sous-tendue par des changements de plasticité neuronale. Enfin, nous avons évalué si des manipulations du microbiote intestinal pouvaient représenter une stratégie préventive et/ou thérapeutique pour améliorer les altérations neuropsychiatriques associées à l’obésité. Nous avons donc mesuré l’impact d’une manipulation du microbiote intestinal par des prébiotiques sur les altérations métaboliques et comportementales des souris db/db, mais également sur les systèmes biologiques et neurobiologiques auxquels elles sont associées. Nous avons montré que les améliorations métaboliques induites par l’administration de prébiotiques chez la souris db/db étaient accompagnées d’une diminution de l’inflammation périphérique et centrale. [ ] Pour conclure, ces expériences contribuent à montrer que l’inflammation, en particulier le TNF-α, pourrait être une cible importante pour le développement de traitements visant à améliorer les troubles de l’humeur chez les sujets obèses ; alors que des interventions nutritionnelles avec des nutriments d’intérêt pourrait plutôt aider à protéger des altérations métaboliques et/ou cognitives chez ces patients
Obesity is a metabolic and inflammatory disorder that represents a major risk factor for the development of comorbidities such as type 2 diabetes. Obese patients also often experience mood and cognitive dysfunctions that represent important risk factors for aggravation of obesity and related outcomes. Reducing the development of such alterations may therefore allow improving health and quality of life of obese subjects. In this context, this thesis aimed to decipher the neurobiological mechanisms underlying such neuropsychiatric alterations, in order to identify new targets for the development of potential preventive and/or therapeutic strategies aiming to reduce these alterations. To do so, rodent models of obesity such as the db/db mice, which display severe obesity associated with classical features of metabolic syndrome, can be particularly useful.[ ] Second, we have investigated whether a nutritional intervention with n-3 polyunsaturated fatty acids (n-3 PUFAs) and antioxidants, which are well-known to display anti-inflammatory and neuroprotective properties, improved obesity-associated neuropsychiatric alterations. In addition, we have measured the consequences of chronic administration of the prebiotic oligofructose on the behavioral alterations displayed by db/db mice since previous studies pointed to the gut microbiota as an important player in the regulation of behavior. Finally, we have investigated the potential underlying mechanisms by measuring the impact of this treatment on the metabolism and systemic inflammation, but also on neurobiological systems known to be involved in the control of food intake and behavior. We first showed that an anti-inflammatory treatment or caloric restriction reduced anxiety-like behaviors, and this was associated with a selective decrease of hippocampal TNF-α mRNA expression, suggesting that this pro-inflammatory cytokine likely contributes to induce anxiety-like behavior associated with obesity. We then nicely confirmed this assumption by showing that selectively blocking brain TNF-α by chronically administrating etanercept i.c.v. (TNF-α decoy receptor) indeed decreased anxiety-like behaviors in obese db/db mice.[ ] Secondly, we tried identifying new preventive and/or therapeutic strategies aiming to improve mood and cognitive alterations associated with obesity. Hence, we measured if an n-3 polyunsaturated fatty acids/antioxidants enriched diet, well-known to modulate different neurobiological mechanisms potentially involved in behavioral alterations displayed by db/db mice, improved their behavioral alterations. We showed that chronic consumption of this diet reversed hippocampus-dependent spatial memory deficits displayed by db/db mice in a water-maze task and that this effect likely involved modulation of neuronal plasticity. Thirdly, we tested whether manipulating the gut microbiota composition may constitute a preventive and/or therapeutic strategy to improve the neuropsychiatric alterations associated with obesity. Hence, we assessed for the first time the effect of microbiota manipulation with a prebiotic on the metabolic and behavioral alterations displayed by db/db mice, but also on their systemic and neurobiological correlates. We showed that improvement of metabolic alterations following prebiotic administration in db/db mice was associated with selective reduction of peripheral and central inflammation, which is however not accompanied by detectable improvement of anxiety-like behavior or spatial memory deficits. To conclude, these experiments contribute to show that inflammation, and especially TNF-α, could be an important target to develop therapeutic treatments for mood alterations associated with obesity, whereas nutritional interventions with selective nutrients of interest may rather help preventing associated metabolic and/or cognitive alterations

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Denizet, Marie. "Rôle de la microglie dans la neurogenèse adulte, dans le bulbe olfactif de la souris." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066391/document.

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Abstract:

La cellule microgliale, seule cellule du système immunitaire résidant en permanence dansle système nerveux central, a un rôle important dans le développement cérébral. Elle participe à l’élagage des neurones en développement, via le marquage des épines dendritiques à éliminer par les facteurs du complément. Certaines régions cérébrales continuent à produire des neurones à l’âge adulte. Chez le rongeur, des néo-neurones sont ainsi générés dans la zone sous-ventriculaire tout au long de la vie et migrent vers le bulbe olfactif où ils s’intègrent au réseau pré-existant. Le but de ce travail est de caractériser l’implication de la microglie dans le développement et l’élagage des neurones nés dans le système olfactif de la souris à l’âge adulte. Pour ce faire, nous avons combiné des méthodes d’étude du comportement, d’immunohistochimie, de microscopie confocale et d’analyse d’images pour explorer les interactions entre microglie et neurones bulbaires dans un contexte normal ou pathologique : déafférentation olfactive, inflammation par les lipopolysaccharides (LPS) bactériens, dérégulation de l’axe hypothalamus-pituitaire-adrénal ou déficience génétique en complément C3 (C3−/−). Nous avons découvert que la microglie phagocyte préférentiellement les néo-neurones nés à l’âge adulte par rapport aux neurones néonataux, et que cette tendance s’accentue encore en cas de déafférentation sensorielle. Ainsi, la microglie façonne le réseau neuronal du bulbe en fonction des expériences sensorielles. La densité d’épines dendritiques est peu impactée par l’activation microgliale, et n’est pas modifiée par l’absence de complément C3. Cela suggère que l’élagage des néo-neurones du bulbe olfactif pourrait ne pas mettre en jeu la microglie et le complément C3. En conclusion, ce travail de thèse montre l’importance de la microglie dans la régulation du taux de neurogenèse bulbaire en fonction de l’activité sensorielle. L’implication de la microglie dans les mécanismes de plasticité neuronale ouvre des perspectives de recherche pour des thérapies ciblées sur les cellules microgliales
Microglia are resident immune cells in the central nervous system. They participate in the pruning of developing neurons. Complement factors are key markers of the dendritic spines to eliminate

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Bosch, Karen. "Studies of plasticity after neuronal injury." Thesis, King's College London (University of London), 2013. https://kclpure.kcl.ac.uk/portal/en/theses/studies-of-plasticity-after-neuronal-injury(862757df-95eb-4c1f-8c58-ce4f2657c63c).html.

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Abstract:

Neurons of the adult mammalian central nervous system (CNS) and peripheral nervous system (PNS) differ in their response to injury. PNS neurons have a robust growth response and are capable of regenerating their axons and reinnervating peripheral targets following nerve injury. However, despite this robust regenerative response, specificity of target reinnervation is often poor, leading to a suboptimal functional outcome. In contrast, injured CNS neurons have a poor growth response and completely fail to regenerate, but uninjured axons that survive the injury undergo some degree of spontaneous reorganisation that is accompanied by limited functional improvement. In theory, appropriate reorganisation of central connections could compensate for topographical errors in the periphery and enhancing the innate capacity for reorganisation after CNS injury could compensate for lost function. Thus, recovery from both types of injury may benefit from strategies to enhance CNS plasticity. This Thesis makes use of an experimental strategy to promote plastic changes, that is, the enzyme chondroitinase ABC (ChABC) which degrades chondroitin sulphate proteoglycans - a major class of inhibitory extracellular matrix molecules. Viral vector technology was used to optimise the delivery of ChABC by gene transfer to host spinal cord cells. A lentiviral vector expressing the ChABC gene (LV-ChABC) was delivered to the adult rat spinal cord to achieve long-term delivery of active ChABC in vivo. After peripheral nerve injury, where two forelimb nerves were cut and repaired with different levels of inaccuracy, electrophysiological studies demonstrated that LV-ChABC injection led to significant plasticity of central connections, such as reorganisation of high and low threshold polysynaptic reflexes. ChABC did not lead to any changes in reflex activity in uninjured animals. These results indicate that ChABC facilitates the amplification of compensatory changes in the spinal cord following injury to the periphery. ChABC treatment was also investigated in the context of CNS injury. Following contusion injury, a clinically relevant model which mimics the functional and pathological characteristics typical of a human spinal cord injury, LV-ChABC injection led to significant functional improvements, including enhanced conduction, reorganisation of spinal reflexes below the lesion and improved performance on a sensorimotor behavioural task. in vivo. as Finally, viral vector technology was used to develop a novel tool for the study of anatomical plasticity. By expressing the construct synaptopHluorin (SpH), lentiviral and adenoviral-associated viral vectors were used to label presynaptic terminals in vitro and in vivo. As the pHluorin component of the label is pH sensitive, this tool has the potential additional advantage of enabling the visualisation of synaptic function The SpH vector was used to label a major motor pathway, the corticospinal tract, well as sensory neurons, and to visualise their terminals as SpH-labelled puncta. Using this tool, it will be possible to study synaptogenesis in a quantifiable manner, with the potential to study the activity of these new synaptic terminals. Thus, this Thesis uses a gene delivery approach to deliver ChABC to the spinal cord after central or peripheral neuronal injury, leading to the promotion of plasticity and functional repair. The development of a novel tool for visualising synapses is also described, presenting a novel opportunity for the study of plasticity after neuronal injury.

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Yger, Pierre. "Chaos control and plasticity in large scale neuronal networks with ongoing activity." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112362.

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Abstract:

Comprendre comment s'organisent et fonctionnent les aires sensorielles primaires du neocortex est une étape cruciale pour l'analyse des mécanismes sous tendant le fonctionnement, d'un point de vue algorithmique, de l'activité cérébrale. Cette compréhension de la dynamique sensorielle passe par l'utilisation de modèles de neurones simplifiés, du type "intègre et tire", et par un cadre de travail particulier, celui du réseau "balancé", permettant de se placer dans un régime proche de ceux observés dans l'activité spontanée in vivo, où les neurones déchargent de façon irrégulière et à basse fréquence. Cette thèse montre, par des simulations grande échelle et l'utilisation de patterns de stimulations ayant des statistiques proches de l'activité spontanée passée, que des réseaux de neurones dans des régimes irréguliers et asynchrones comme le cortex visuel in vivo pourrait fonctionner au bord d'un régime dynamique particulier, le chaos déterministe. Que ces réseaux soient aléatoires ou structurés, leur activité spontanée est souvent considérée comme du bruit, alors que la structure particulière de cette dernière, issue de la connectivité récurrente, peut avoir un rôle particulier pour la dynamique fonctionnelle du réseau. Pour moduler ces statistiques de l'activité spontanée, dans le cadre d'un apprentissage non supervisé, la connectivité au sein du réseau doit s'auto-organiser en fonction de l'activité et des entrées : une nouvelle règle de plasticité synaptique sera donc explorée, incluant des contraintes d'homéostasie et de méta-plasticité. Cette hypothèse permet de réconcilier différents schémas de plasticités théoriques par des mécanismes biophysiques réalistes
Understanding how the primary sensory areas of the neocortex are structured in order to process sensory inputs is a crucial step in analysing the mechanisms underlying the functional role, from an algorithmic point of view, of cerebral activity. This undrestanding of the sensory dynamics, at a large scale level, implies using simplified models of neurons, such as the integrate-and-fire models, and a particular framework, the balanced network, which allows the recreation of dynamical regimes of conductances close to those observed in vivo, in which neurons spike at low rates and with an irregular discharge. This thesis shows, using large scale simulations and particular patterns of stimulation whose statistics are close to those of the spontaneous activity, that such neuronal networks in asynchronous and irregular firing states, such as the primary visual cortex in vivo can operate at the border of a particular dynamical regime, deterministic chaos. While the ongoing activity of those networks with random or structured connectivity is often considered as noise, its structure, emmerging from the recurrent connectivity, could have a functional role in information processing. To modulate the statistics of such an activity, and to see if a trace of this learning is kept in the ongoing activity in the framework of unsupervised learning, the connectivity within the neuronal network must evolve as a function of the activity. A new rule of plasticity was therefore explored, incorporating some homeostatic constraints in the framework of metaplasticity. This hypothesis can link different theorical schemes of plasticity by the definition of a biophysically realistic mechanism

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El, Hasnaoui Raja. "Adaptations cérébrales chez un modèle de souris déficientes en érythropoiétine acclimatées à l'hypoxie." Paris 13, 2008. http://www.theses.fr/2008PA132015.

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Abstract:

L'augmentation de la ventilaton et la polyglobulie sont considérées comme des facteurs majeurs d'acclimatation à l'hypoxie. Cependant des souris transgéniques déficientes en érythropoiètine (Epo-Tagh) survivent en hypoxie chronique de 14 jours à 4200 m, malgré leur anémie sévére, en partie grâce à une hyperventilation normoxique et hypoxique. La question est de savoir quels sont les mécanismes permettant un apport adéquat d'oxygène, en particulier au cerveau. Une augmentations des facteurs centraux impliqués dans le contrôle de la ventilation, du flux cérébral sanguin ainsi qu'une angiogenèse cérébrale pourrait intervenir en normoxie et seraient accentués en hypoxie chronique. Nous avons montré, au cours de nos différents travaux, que l'acclimation ventilatoire à l'hypoxie est médiée par une voie bulbaire faisant intervenir les récepteurs NMDA, la NOS neuronale et le NO qui peut réguler directement la ventilation. Chez les souris anémiques, l'hyperventilation normoxique serait en partie médiée par les récepteurs NMDA bulbaire, mais probablement ausi par les récepteurs à l'Epo et la voie Jak2/STAT-5 favoriseraient les processus de neuroprotection mais aussi d'angiogenèse. En hypoxie chronique, alors que les souris sauvages s'acclimatent grâce à une polyglobulie et une angiogenèse cérébrale, chez les souris Epo-Tagh, en revanche, seuls les métabolites du NO étaient très augmentés, suggérant, soit un flux cérébral sanguin amélioré, soit une cytotoxicité du NO pouvant conduire à des lésions cérébrales. En conclusion, une plasticité cérébrale induite par l'anémie et l'hypoxie chroniques se met en place pour maintenir ou augmenter l'apport en oxygène au cerveau. Par ailleurs, l'exploration ds facteurs moléculaires, biochimiques et morphologiques du tissu cérébral soumis à l'anémie et l'hypoxie s'avère intéressant pour la compréhension de la physiopathologie du déficit d'apporrt en oxygène au cerveau. De plus, la comparaison des résultats dans le cerveau avec les mécanismes d'apport en oxygène vers le coeur mais aussi vers les muscles permettrait d'approfondir les mécanismes d'acclimatation à l'hypoxie en absence d'Epo
Polycythemia and the increase in ventilation are considered as the major factors of acclimatization to hypoxia. However, erythropoietin deficient mice (Epo-TAgh) survive to 14 days at 4200 m despite severe anemia probably through the increase in their ventilation in normoxia as well as in hypoxia. The mechanisms underlying the oxygen delivery, particularly in the brain of thèse mince were questionned in our works. We hypothesized that the factors implied in the central control of the ventilation, in the cerebral blood flow and the cerebral angiogenesis could be increased in normoxia and that they would be overexpressed after chronic hypoxia. We should that ventilatory aclimatization in hypoxia, in control mice is mediated through medullary NMDA receptors and neuronal NOS leading to NO production which could regulate ventilation. In anemic mice, noroxic hyperventilation could be partially mediated through NMDA receptors and probably through Epo receptors, while the mechanisms of their ventilatory acclimatization in hypoxia remained to be determined. In addition, anemic mice in normoxia compensate Epo deficiency by an increase in the cerebral cortical angiogenesis mediated by HIF-1/VEGF signalisation, while Epo receptors and Jak2/STAT-5 pathway could mediate neuroprotection as well as angiogenesis. In chronic hypoxia, wild type mice acclilmatize through polycythemia and cerebral ngiogenesis, while in Epo-TAgh mice, only NO metabolites were greatly increased, suggesting either a higher cerebral blood flow, or NO cytotoxicity which could lead to cerebral lesions. In conclusion, cerebral plasticity occurs following chronic anemia as well as chronic hypoxia to maintain or increase the oxygen delivery. I addition, molecular, biochemical and morphological studies in the anemic and hypoxic brain could be of interest to understand the physiopathology of the lack of oxygen delivery to the brain. Furthermore, the comparison of results obtained in the brain with the mechanims underlying oxygen delivery to the heart but also to the muscles could enhance the knowledge of the mechanisms of acclimatization to hypoxia in the lack of Epo

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Coquillat, Delphine. "Les groupements polysialiques : cibles d'un vaccin contre le méningocoque B et déterminants de la plasticité neurale." Aix-Marseille 2, 2001. http://www.theses.fr/2001AIX22013.

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Vallortigara, Julie. "Etude des effets de l'hypothyroïdie sur les voies d'action cellulaire de l'acide rétinoïque et de la triiodothyronineApproches expérimentale et biomédicale." Bordeaux 1, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR13395.

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Abstract:

Divers arguments expérimentaux permettent d’établir une relation entre le niveau d’activité de la voie de signalisation de l’acide rétinoïque (AR) et des performances mnésiques. Des données récentes obtenues chez l’animal carencé en vitamine A ou chez des rats âgés ont révélé des limites dans l’action promnésique de l’AR. Ces études ont mis en évidence que l’hypoactivité de la voie de signalisation de la triiodothyronine (T3), voie qui interfère avec celle de l’AR au niveau métabolique et cellulaire, devient un facteur limitant qui altère la capacité de réponse à l’AR chez ces animaux. Ce travail de thèse visait à étudier les effets d’une hypothyroïdie sur l’action cellulaire de la vitamine A et des hormones thyroïdiennes chez l’animal et chez l’homme. Nos travaux, menés chez la souris hypothyroïdienne adulte, confortent l’idée qu’un niveau optimum d’activité de la voie d’action de la T3 est indispensable au maintien de la fonctionnalité de l’AR. De plus, nos résultats montrent que l’hypothyroïdie entraine une diminution de l’expression des récepteurs nucléaires de la T3 et de leurs gènes cibles spécifiquement dans le striatum. Une étude menée chez des animaux transgéniques a révélée que la modulation de l’expression de ces marqueurs moléculaires par la T3 nécessite la présence du récepteur TRα. Ces résultats étayent les données qui concernent les bases moléculaires de l’action des hormones thyroïdiennes dans les processus de plasticité synaptique. Par une approche biomédicale, nous avons confirmé, chez l’homme, l’importance des relations entre les voies de signalisation de la vitamine A et des hormones thyroïdiennes lors d’un déséquilibre hormonal
Several works permit to establish a relationship between activity of retinoic acid (RA) pathway and memory performance. Recent data obtained in vitamin A deficient (VAD) animals, comparable to those obtained in aged animals, have revealed that RA promnesic effect in brain tissues could depend on thyroid hormone status. Indeed, in these models, triiodothyronine (T3) becomes a limiting factor alone able to correct the age or VAD-related concomitant hypo-activation of retinoid and thyroid signalling and alterations of synaptic plasticity. The aim of the present study was to investigate the effects of hypothyroidism on RA and T3 cellular action in adult mice brain. Our results show that hypothyroidism led to a reduced expression of T3 nuclear receptors (TRβ) and their target genes (RC3, Rhes, CaMKII) preferentially in the striatum. RA administration has no incidence in our model, confirming an impaired function of RA with hypoactivity of T3 signalling. In addition, T3 administration permitted a restoration of molecular parameters studied, and modified phospho-Thr34 DARPP-32 protein level, a reliable indicator of synaptic plasticity involved in motor functions. A study using transgenic animals has revealed that normalization of synaptic target genes by the T3 necessitates the presence of the receptor TRα. These results provide new data regarding the molecular basis of thyroid hormone action in the synaptic plasticity process. A biomedical approach performed on peripheral blood mononuclear cells of hypothyroid patients allowed us to confirm in humans the relevance of the relationship between retinoid and thyroid signalling pathways during common thyroid disorders

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Djerbal, Lynda. "Caractérisation de l'interaction semaphorine 3A-chondroïtine sulfate dans le système nerveux central." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAV041/document.

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Abstract:

Les réseaux périneuronaux (PNN) sont des régulateurs clé de la plasticité et de la régénération des neurones au niveau du système nerveux central chez l’adulte. Le PNN est une matrice extracellulaire hautement organisée, qui entoure des populations spécifiques de neurones, enrichie en protéoglycanes à chondroïtine sulfate (CSPG). La chondroïtine sulfate (CS) est un polysaccharide linéaire, appartenant à la famille des glycosaminoglycanes (GAG), qui peut être sulfaté à différentes positions et donner lieu à plusieurs isoformes. Ces isoformes interagissent de manière spécifique avec de nombreuses molécules de signalisation dont la semaphorine 3A (Sema3A). Sema3A est une protéine secrétée, qui interagit avec les CS et s’accumule ainsi dans les PNN. Elle est impliquée dans la guidance des neurones sur lesquels elle agit par chemorepulsion. Les aspects structuraux et fonctionnels de l’ interaction entre Sema3A et CS sont encore mal connus, mais celle-ci pourrait être requise pour renforcer la liaison de la Sema3A avec ses récepteurs et déclencher une voie de signalisation qui aboutit à l’inhibition de la plasticité synaptique. Le but du projet est donc de caractériser biochimiquement l’interface d’interaction Sema3A-CS. Il a pour perspective d’élaborer des molécules interférant avec cette interaction qui pourraient permettre une amélioration de la plasticité neuronale après une maladie neurodégénérative ou une lésion de la moelle épinière.Pour ce faire, la Sema3A est exprimée dans un système hétérologue de cellules eucaryotes pour être purifiée. Deux formes ont été purifiées: une forme complète de 90 kDa qui reste accrochée à la surface cellulaire et une forme clivée de 65 kDa secrétée dans le milieu de culture. La Sema3A-90 interagit d’une manière sélective et avec une très haute affinité avec la CS-E (chondroitine disulfatée en position 4 et 6) et l’héparane sulfate,alors que, la forme clivée n’interagit avec aucun GAG, comme observé par résonance plasmonique de surface (SPR). Quatre sites, situés dans le domaine C-terminal de la protéine, susceptibles d’interagir avec les GAG ont été identifiés et analysés par mutagenèse. Deux d’entre eux sont impliqués dans la reconnaissance des GAG et sont nécessaires à la Sema3A pour inhiber la croissance de neurites sur des cultures de neurones issus de ganglion de la racine dorsale de rats. En parallèle, nos travaux montrent qu’un tetrasaccharide de CS-E est la taille minimale requise pour l’interaction avec la Sema 3A. Enfin, des analyses réalisées en utilisant une microbalance à cristal de quartz avec dissipation ont montré que la Sema3A pourrait réticuler les chaines de GAGs, participant ainsi à la stabilisation du réseau périneuronal
Perineuronal nets (PNNs) are the key regulators of neuronal plasticity and regeneration in the mature central nervous system (CNS). They are a unique and highly organised extracellular matrix (ECM) structure, found around sub-population of neurons, composed mainly of chondroitin sulfate proteoglycan (CSPG). Chondroitin sulfate (CS) is a linear polysaccharide belonging to glycosaminoglycans (GAGs) family. The sulphation pattern defines different types of CS, which interact with different signalling proteins including those regulating axonal outgrowth and guidance such as semaphorin 3A (Sema3A). Sema3A is a secreted chemorepulsive protein found accumulated in the PNNs through its interaction with CS. This process is believed to potentiate Sema3A signalling through plexin A1 (PlxnA1) and Neuropilin 1 (Nrp1) and regulate plasticity and regeneration. The aim of the thesis project is to characterise the interface of Sema3A- CS interaction.For this purpose, Sema3A is expressed in eukaryote cells and purified. Interestingly, two major forms were obtained: a full length Sema3A (90 kDa) which remains attached to the cell surface GAGs and a truncated form without the C-ter part (65 kDa) which is released to the culture medium. With the use of surface plasmon resonance (SPR), we observed that full length Sema3A binds selectively to CS-E (4,6-disulfated chondroitin) and heparan sulfate with a high affinity (KD in the sub pM range), while the truncated Sema3A does not bind to any GAG. Four putative GAG binding sequences were identified in the C-ter of Sema3A and mutated using site directed mutagenesis. SPR analysis then revealed that two out of these four sites are required for the binding to CS-E. The importance of these GAG-binding sequences in inhibition of neurites outgrowth of dorsal root ganglion neurons in culture was also reported, indicating thus the importance of GAG-binding in Sema3A signalling. In parallel, the minimal required sequence of Sema3A-binding of CS-E was determined as being a tetrasaccharide. The Sema3A-CS interface was thus characterized. Furthermore, quartz crystal microbalance with dissipation monitoring analysis suggested that Sema3A could crosslink GAG chains. This suggests Sema3A could be involved in stabilising the PNN network and induces mechanical changes on neuronal surface.The detail characterization of Sema3A-CS interaction may enable the design of new strategies aiming at enhancing plasticity and regeneration for neurodegenerative diseases or spinal cord injury

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Nguyen, Hien luong. "Plasticité, métaplasticité synaptique et neuronale dans le cortex somatosensoriel primaire chez le rat dans un modèle de douleur inflammatoire prolongée." Thesis, Université Clermont Auvergne‎ (2017-2020), 2018. http://www.theses.fr/2018CLFAS027.

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La douleur chronique, neuropathique ou inflammatoire, résulterait de changements durables synaptiques et neuronaux dans les voies de la douleur dont le cortex somatosensoriel primaire (S1). Utilisant des enregistrements électrophysiologiques ex vivo de neurones pyramidaux des couches 2/3 de S1, nous avons étudié la plasticité induite dans un modèle de douleur inflammatoire chronique de la face chez le rat (injection de CFA). Nous établissons d’abord la relation, dans les conditions normales, entre activité synaptique et (i) plasticité synaptique bidirectionnelle (long-term depression/potentiation ; LTD/LTP), (ii) changements dans la capacité d’exprimer une plasticité synaptique (métaplasticité), (iii) changements bidirectionnels de l’excitabilité neuronale intrinsèque (LTP/LTD-IE) ; soit les règles de plasticité synaptique et intrinsèque de ces neurones. Nous étudions alors ces plasticités chez des rats exprimant une allodynie mécanique faciale, 1 heure et 3 jours après l’injection de CFA. À 1 heure, l’allodynie mécanique est associée à (i) une LTP de la transmission synaptique excitatrice, combinée à (ii) une inhibition de l’induction de la LTP/facilitation de l’induction de la LTD (métaplasticité), consistants avec la LTP, (iii) une LTP-IE et (iv) une réduction de la complexité de l’arbre dendritique de ces neurones. À 3 jours, LTP and LTP-IE sont toujours présentes mais métaplasticité et complexité de l’arbre dendritique sont retournées à l’état basal
Chronic neuropathic or inflammatory pain is believed to result from long-lasting synaptic andneuronal changes in pain pathways, including the primary somatosensory cortex (S1) which codes for pain intensity and location. Using ex vivo electrophysiological recordings from S1 layer 2/3 pyramidal neurons, we investigated pain-induced plasticity in a rat model (CFA injection) of chronic facial inflammatory pain. We first establish the relation in basal conditions between synaptic activity and (i) bidirectionalsynaptic plasticity (long-term depression/potentiation; LTD/LTP), (ii) changes in the ability to express synaptic plasticity (metaplasticity), (iii) bidirectional changes in intrinsic neuronal excitability (LTP/LTD-IE); i.e. the rules for synaptic and intrinsic plasticity in S1 layer 2/3pyramidal neurons. We then investigated such plasticity processes in CFA-treated rats exhibiting facial mechanical allodynia, at 1 hour and 3 days post-injection. At 1-hour, mechanical allodynia is associated with (i) LTP of excitatory synaptic transmission, together with (ii) an inhibition to generate further LTP but a facilitation to generate LTD (metaplasticity), consistent with LTP of synaptictransmission, (iii) LTP-IE and (iv) reduced dendritic arbor complexity of S1 layer 2/3 pyramidal neurons. At 3 days, LTP and LTP-IE were still present but metaplasticity and dendritic arbor complexity had returned to control levels

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Bjartmar, Lisa. "Pharmacological and Developmental Aspects on Neuronal Plasticity." Doctoral thesis, Linköpings universitet, Geriatrik, 2009. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-51450.

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Abstract:

Neuronal plasticity means the ability of the brain, its cells and networks to adapt and adjust to new challenges, a process which is ongoing throughout life. The goal of this thesis was to gain better understanding of the molecular events that follow different types of stimulations of brain structures such as the hippocampus, a key region for cognitive functions with overriding control on the corticosteroid system. A better knowledge of the mechanisms involved in neuronal plasticity is fundamental in the development of strategies for improving health in patients suffering from major depression or cognitive disorders such as Alzheimer’s disease. Antidepressant drugs induce the expression of several genes involved in neuronal plasticity, a mechanism which may explain the several weeks time lag between treatment initiation and clinical effect commonly observed in patients. Besides, there are indications that disturbances in the corticosteroid system are involved in the pathogenesis of major depression. Therefore, the mRNA expression of the glucocorticoid receptors (GR) and mineralocorticoid receptors (MR) as well as of the immediate-early genes NGFI-A and NGFI-B was analyzed using in situ hybridization in the hippocampus and cortex after 21 days treatment with various antidepressant drugs having different monoaminergic profiles. The mRNA expression of the transcription factors was selectively increased depending on region and also on the monoaminergic profile of the drug given. Generally, drugs with less specificity for monoamines had an overall more anatomically wide-spread inducible effect. In a follow-up study the message expression of the synaptic protein NP2 was investigated in a similar setting where long-term (21 days) was compared with short-term (3 days) antidepressant treatment. In addition to the hippocampus, the medial habenula, a relay station within the limbic system was analyzed. Overall there was an upregulation of NP2 mRNA expression following long-term treatment irrespective of the monoaminergic profile of the drug. Simultaneously, NP2 mRNA was analyzed in rats exposed to enriched, normal or deprived environments respectively, an experimental setting known to affect neuronal plasticity. However, in contrast to the pharmacological treatment, this environmental stimulation did not lead to alterations in NP2 mRNA expression in any of the regions studied. Finally, the function of NP2 as well as the closely related proteins NP1 and NPR was investigated. The “knock-out mouse” technique was used to eliminate these neuronal pentraxins (NPs), both individually and in various combinations. Since previous data had suggested that the NPs are involved in synaptic development, axonal refinement in the visual system during development was analyzed in these animals. In the NP1/NP2 knock-out mice, synaptic formation, axonal development and refinement occurred at a significantly slower rate than in wild-type mice, indicating that the NPs may be necessary for activity-dependent synaptogenesis. In conclusion, the results of the studies constituting this thesis demonstrate that long-term treatment with antidepressant drugs, possessing different monoaminergic profiles, has selective effects on the expression of NGFI-A, NGFI-B, GR and MR in the mammalian brain. In general, the least selective drugs exhibit the most profound effect suggesting that induction of neuronal plasticity is more effective with multiple neuronal inputs. The results also show that NP2 expression is induced by antidepressant drugs, in contrast to environmental stimulation, supporting the presence of different pathways for inducing neuronal plasticity depending on type of stimuli. Finally, this thesis indicates that the neuronal pentraxins play an important part in synaptic development.

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Aubert, Isabelle. "Cholinergic markers in models of neuronal plasticity." Thesis, McGill University, 1994. http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=28417.

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Abstract:

Using various markers, the status of brain cholinergic innervation was investigated in different models of neuronal plasticity in which processes of degeneration, regeneration and development are observed. The cholinergic markers evaluated included choline acetyltransferase (ChAT, the synthesizing enzyme of acetylcholine) activity, acetylcholinesterase (AChE, the enzyme which degrades acetylcholine) staining, ($ sp3$H) hemicholinium-3 (HC3, marker of the high-affinity choline uptake system) and ($ sp3$H) AH5183/vesamicol (marker of the acetylcholine vesicular transporter) binding sites. Muscarinic receptors were investigated with ($ sp3$H) QNB (total population of muscarinic sites), ($ sp3$H) 4-DAMP (putative M$ sb1$/M$ sb3$ sites), ($ sp3$H) pirenzepine (putative M$ sb1$ subtype), ($ sp3$H) acetylcholine, ($ sp3$H) AF-DX 116 and ($ sp3$H) AF-DX 384 (putative M$ sb2$ subtype), while ($ sp3$H) N-methylcarbamylcholine and ($ sp3$H) cytisine were used for the nicotinic receptors. These markers were studied (a) in human neurodegenerative disorders such as Alzheimer's and Parkinson's diseases, (b) in entorhinal cortex lesioned rats, a model of plasticity possibly related to the sprouting of the septohippocampal cholinergic pathway, (c) in the aged memory-impaired and memory-unimpaired rats, and finally (d) during the development and maturation of the rat brain from embryogenesis to adulthood.
These markers of the cholinergic synapse are differentially affected depending upon the model studied. In addition, pre- and postsynaptic cholinergic markers are not necessarily altered similarly. For example, muscarinic M$ sb2$ and nicotinic sites decreased in parallel with ChAT activity in the neocortex and hippocampal formation of human brain patients suffering from neurodegenerative disorders such as Alzheimer's or Parkinson's diseases. However, in the aged memory-impaired rats, ChAT activity and nicotinic sites are unaltered while muscarinic M$ sb2$ sites are significantly increased in cortical areas. Moreover, although AChE staining is increased in the hippocampal formation following lesions of the entorhinal cortex, nicotinic binding sites are decreased and other cholinergic markers are unaffected. Finally, during rat brain development, presynaptic markers such as the acetylcholine vesicular transport and nicotinic sites are expressed prenatally, while others like ($ sp3$H) HC3 and muscarinic M$ sb2$ sites appear only postnatally. Muscarinic M$ sb1$ sites are in low amounts prenatally, increasing gradually during postnatal maturation. The distinct ontogenic profile of each cholinergic marker suggests specific roles for the various components of the cholinergic synapse throughout brain development.
Taken together, these results provide information on the differential adaptation, response and possible roles of the various components of the cholinergic synapse in models of neuronal plasticity. For example, nicotinic receptors may play an important role in the development, sprouting and maintenance of a normal cholinergic innervation, while muscarinic M$ sb2$ receptors might contribute to the fine regulation of ACh release, which, if impaired, could produce detrimental effects on cognitive functions such as those seen in the aged memory-impaired rats.

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Romand-Monnier, Margaux. "Functional and structural brain adaptations to changing and uncertain environments in humans." Thesis, Université de Paris (2019-....), 2019. http://www.theses.fr/2019UNIP7117.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous abordons les adaptations cérébrales aux environnements incertains et changeants à deux échelles de temps différentes. Tout d'abord, nous étudions les modulations fonctionnelles cérébrales, rapides et à court terme, qui permettent un comportement décisionnel adaptatif en réponse à des changements soudains de l'environnement. Dans une tâche de bandit à deux bras comprenant différents niveaux de volatilité, nous montrons qu'un modèle d'inférence simple supposant des contingences externes stables mais corrompu par des imprécisions de calcul, imprécisions suivant la loi psychophysique de Weber, est virtuellement aussi performant que le processus d'adaptation bayésien optimal qui fait l’inférence de la volatilité de l'environnement. Nous établissons également que ce modèle de bruit d'inférence rend mieux compte du comportement humain dans les environnements changeants que le modèle bayésien optimal. Enfin, les analyses IRMf basées sur ces modèles mathématiques révèlent que les activations du cortex cingulaire antérieur (ACC), précédemment associées à la volatilité inférée par le modèle bayésien optimal, reflètent plutôt le bruit d'inférence. Nos résultats suggèrent que la capacité de l'homme à s'adapter à un environnement changeant provient en partie d'un bruit inférentiel ayant une structure de Weber plutôt que d'une inférence probabiliste complexe de la volatilité de l'environnement. Dans la deuxième partie de ce travail, nous étudions comment des adaptations structurelles lentes et durables du cerveau, connu sous le terme de plasticité cérébrale, accompagnent l’adaptation comportementale à des environnements nouveaux et incertains à l'échelle de plusieurs semaines. Pour étudier ce problème, des IRM structurelles cérébrales ont été réalisées chez un sujet âgé de 44 ans, qui a quitté son environnement de vie habituel pour réaliser quatre expéditions d'une durée d’un mois chacune dans des conditions environnementales extrêmement rudes et éprouvantes. Le défi physique découlait de la progression dans des températures et degrés d'humidité extrêmes. En outre, le sujet a été confronté à de grands défis émotionnels et sociaux résultant de l’isolement social complet lors de chaque expédition. La comparaison d'images structurelles acquises avant et après les expéditions à l'aide d'une analyse de morphométrie à base de voxels (VBM) a révélé des changements significatifs de densité de matière grise dans des régions connues pour être impliquées dans les fonctions motrices, la perception, la cognition supérieure et la cognition sociale. Les résultats longitudinaux de cette étude de cas montrent que les adaptations structurelles du cerveau vont au-delà de la plasticité cérébrale bien connue et caractérisée associée à l’apprentissage, en révélant les changements cérébraux en réponse à des exigences environnementales plutôt qu’aux tâches. Cela suggère que la plasticité cérébrale peut se produire lorsque l'environnement sur- ou sous-sollicite des fonctions spécifiques, au-delà de la répétition de tâches spécifiques. Ces résultats découlent de l’étude d’un seul sujet, il reste à déterminer si cette plasticité structurelle se généralise à la population générale. En conclusion, au cours de cette thèse, nous montrons comment le cerveau humain possède une remarquable capacité d'adaptation, et cela à différentes échelles de temps, permettant aux individus de s'adapter à un très large éventail d'environnements et de défis cognitifs. Sur une courte période, le cerveau a la capacité fonctionnelle de gérer l'incertitude liée à la structure temporelle de l'environnement afin d'optimiser le comportement décisionnel. Sur une période plus longue, il a la propriété d'adapter sa structure aux exigences de l'environnement
In a world characterized by stochasticity, volatility and ambiguity, efficiently adapting to the environment uncertainty is absolutely crucial. Such adaptation takes place over a continuum of timescales; from the tens of milliseconds necessary for neurons to modulate firing rates, to the weeks allowing structural brain changes, to the millennia needed for the complex reorganization of the brain anatomy and function like the one observed in primate evolution. In this thesis, we tackle brain adaptations to uncertain and changing environments at two different timescales. First, we investigate the fast and short-term brain functional modulations allowing adaptive decision-making behaviour in response to sudden changes in the environment. In a two-armed bandit task comprising various levels of volatility, we show that a simple inference model assuming stable external contingencies but with computation imprecisions following the psychophysical Weber law, hereafter inference noise model, performs virtually as well as the optimal Bayesian adaptive process inferring the volatility of the environment. We also establish that this inference noise model better accounts for human behavioural performance in changing environments than the optimal Bayesian one. Using model-based fMRI analyses, we show that the anterior cingulate cortex (ACC) activations, previously associated with the volatility inferred from the optimal Bayesian model, rather reflect inference noise. Our results suggest that humans ability to adapt in a changing environment partly stem from Weber-structured inferential noise rather than from complex probabilistic inference of the environment volatility. In the second part of this work, we study how slow and long-lasting brain structural adaptations, also known as brain plasticity, go along with adaptive behaviour in new and uncertain environments at a scale of weeks. To investigate this issue, brain structural MRIs were obtained for a 44-year-old male subject, who left his regular life environment for four one-month expeditions in extremely challenging and harsh environmental conditions. Physical challenges stemmed from trekking in extreme temperatures and degrees of humidity. In addition, the subject faced great emotional and social challenges resulting from social deprivation, as he spent these expeditions in complete social isolation. Comparison of structural images before and after expeditions using voxel-based morphometry (VBM) analysis revealed significant changes of gray matter (GM) density in well-known regions involved in motor functions, perception, higher cognition and social cognition networks. This longitudinal case study findings show that brain structural adaptations go beyond the well-known and characterized plasticity associated with learning, by revealing brain changes in response to environmental demands, rather than task demands. This suggests that brain plasticity can happen when the environment over- or under-solicits specific functions, beyond the repetition of specific tasks. These findings are based on a single subject data, and future research should investigate whether this structural plasticity generalises to the population

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Nadeau, Gabriel. "Imagerie optique de la plasticité synaptique." Master's thesis, Université Laval, 2016. http://hdl.handle.net/20.500.11794/27375.

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Abstract:

Les mesures de plasticité synaptique ont historiquement impliqué l'utilisation de méthodes d'électrophysiologie qui, en intégrant les nombreux influx synaptiques, offrent une très grande sensibilité de détection de changements de forces synaptiques. Cette grande sensibilité se fait cependant aux dépens d'une information spatiale quant à la localisation des synapses subissant une plasticité. Sachant que la plasticité synaptique est un phénomène qui peut être indépendant d'une synapse à l'autre, il devient important d'avoir la possibilité de mesurer, à l'échelle synaptique, les changements moléculaires associés à cette plasticité. De nouveaux outils fluorescents développés dans les dernières décennies permettent maintenant de visualiser directement l'activité synaptique, la signalisation et le remodelage à l'échelle synaptique. Durant ma maîtrise en biophotonique, j'ai mesuré optiquement l'activité calcique résultant d'une libération spontanée de neurotransmetteurs à l'aide d'un nouveau senseur de calcium (Ca2+) génétiquement encodé, GCaMP6f. Pour ce faire, j'ai imagé par vidéo-microscopie des neurones d'hippocampes de rats en culture perfusés avec une solution sans Mg2+ contenant de la Tetrodotoxine (0Mg/TTX). J'ai observé, dans des compartiments dendritiques et dans des épines, des oscillations transitoires et localisées du Ca2+ intracellulaire, nommées influx synaptiques miniatures de Ca2+ (MSCTs). Afin de tester la possibilité de potentialiser les MSCTs, je les ai enregistrés avant et après un protocole de stimulation de 5 minutes reconnu pour induire une plasticité synaptique dans les neurones en culture (0Mg2+/Glycine/Bicuculline, cLTP). J'ai observé qu'une augmentation de la fréquence et de l'amplitude des MSCTs, pouvant persister parfois jusqu'à une heure, est induite par le protocole de stimulation. J'ai donc tenté d'identifier les mécanismes moléculaires de cette plasticité. Les MSCTs sont principalement générés par l'ouverture des récepteurs NMDA, car ils sont presque totalement bloqués par l'addition d'AP5, un antagoniste sélectif au récepteur. De plus, l'ajout d'AP5 durant le protocole de stimulation bloque la plasticité. Il semble donc que les MSCTs et leur plasticité sont dépendants des récepteurs NMDA. Fait intéressant, ni les MSCTs ni leur plasticité ne sont bloqués par le NBQX, un antagoniste des récepteurs AMPA, ce qui laisse supposer que la plasticité résulte possiblement de changements dans la quantité et la composition des récepteurs NMDA, en plus des modifications dans la signalisation du Ca2+ et dans la régulation de la libération de neurotransmetteurs. Également, alors que nous avons observé que l'activité enzymatique de la CaMKII n'est pas essentielle pour l'induction et l'expression de la plasticité, certains résultats préliminaires démontrent un possible rôle de la PKA. Afin de tester mes diverses hypothèses, j'ai également combiné l'imagerie de Ca2+ avec l'imagerie d'autres composants pré et postsynaptiques, afin d'identifier les mécanismes moléculaires responsables de la plasticité des MSCTs. Dans l'ensemble, cette nouvelle mesure de la plasticité synaptique présente le potentiel de fournir de nouvelles connaissances sur la diversité des processus moléculaires qui régissent la potentialisation synaptique.
Classical measurements of synaptic plasticity have involved electrophysiological methods which provide high sensitivity for detecting small changes in synaptic strength. However, this approach does not provide much information about the location of the synapses that undergo plastic changes. Because synaptic plasticity can be synapse-specific, having the ability to monitor changes in synaptic strength at individual synapses is important in order to enable simultaneously monitoring of local molecular mechanisms associated with the plasticity. New fluorescent tools developed in the last decades allow to directly visualize synaptic activity, signaling, and remodeling at individual synapses. During my Master studies, I used optical imaging of a genetically-encoded calcium (Ca2+) sensor, GCaMP6f, to record miniature synaptic Ca2+ transients (MSCTs) in cultured rat hippocampal neurons. For these experiments, I performed video-microscopy on neurons perfused with external solution lacking Mg2+ and containing Tetrodotoxin (0Mg2+/TTX). I have observed highly localized and transient increases of intracellular Ca2+ in dendritic compartments and spines. To test whether these MSCTs can be potentiated, I have measured them before and after a 5 min stimulation known to induce plasticity in cultured neurons (0Mg2+/Glycine/Bicuculline, cLTP). A lasting increase in the frequency and amplitude of MSCTs, for at least an hour, arose from this stimulation protocol. I have thus investigated the molecular mechanisms of this plasticity. The MSCTs are mostly mediated by NMDA receptors, since they are almost totally blocked by the selective antagonist to the receptor, AP5. Moreover, addition of AP5 only during the cLTP stimulation blocks the MSCT plasticity. It thus appears that both the MSCTs and their plasticity are NMDA receptor-dependent. Interestingly, the MSCTs and their plasticity are not blocked by the AMPA receptor antagonists NBQX, pointing to possible changes in NMDA receptor content, postsynaptic Ca2+ signaling, or presynaptic neurotransmitter release. Also, while we found that CaMKII signaling is non-essential for the induction of the plasticity, preliminary data are showing a plausible PKA-dependency of the plasticity. To test these hypotheses, I have also tried to combine Ca2+ imaging with imaging of other pre and postsynaptic components, to identify the molecular mechanisms responsible for the MSCT plasticity. Overall, this new approach presented in this thesis might provide new knowledge on the diversity of molecular processes that support synaptic potentiation.

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Rech, Fabien. "Les bases neurales du contrôle moteur : étude des réseaux moteurs négatifs par cartographie cérébrale cortico-sous-corticale." Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTT050.

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Abstract:

La vision classique et hiérarchique de l’organisation du système moteur est remise en question par la découverte d’autres structures que le cortex moteur primaire capables d’influer en parallèle sur la sortie motrice, dans le cadre d’un modèle hodotopique. L’objectif de ce travail a été d’étudier les réseaux de contrôle du mouvement à l’aide de stimulations électriques directes cérébrales lors de chirurgies en condition éveillée pratiquées pour l’exérèse de tumeurs cérébrales. Cette méthode permet la préservation de la fonction motrice tout en apportant de nombreuses informations sur l’organisation du système moteur en général. Le contrôle moteur a été étudié au travers du phénomène moteur négatif, qui consiste en un arrêt du mouvement sans perte de tonus ou de conscience lors d’électrostimulations. Décrit initialement au niveau cortical, nos travaux ont montré qu’il était possible d’identifier ce phénomène dans la substance blanche de façon bilatérale et que les fibres supportant ces réponses motrices négatives sont organisées d’une manière somatotopique, à l’instar de la voie pyramidale. Nous avons pu mettre en évidence une voie modulatrice motrice bilatérale capable d’inhiber les mouvements des deux membres supérieurs lors d’une stimulation sous-corticale unilatérale. Nous avons montré qu’une lésion des sites générant des réponses motrices négatives conduisait à un syndrome de l’aire motrice supplémentaire et à des troubles définitifs des mouvements fins et de la coordination bimanuelle. Ces résultats expliquent les troubles observés lors de chirurgies des régions prémotrices réalisées sans cartographie motrice active, c’est-à-dire cherchant uniquement à identifier les structures motrices primaires. Ils valident la nécessité de pratiquer une cartographie motrice en condition éveillée et ce quelle que soit la dominance hémisphérique. Ces résultats à l’échelle sous-corticale nous ont conduit à définir le concept de réseau moteur négatif et son implication dans les réseaux de contrôle moteur. Le preuve de l’existence de tels réseaux nous a permis d’explorer le niveau cortical et de mettre en évidence une organisation systématique des aires motrices négatives, proposant ainsi une autre vision que celles d’une répartition aléatoire ou somatotopique. Cette organisation en plusieurs aires effecteurs-dépendantes et redondantes a permis de confirmer par les stimulations électriques directes la ségrégation du gyrus précentral en plusieurs gradient rostro-caudal et dorso-ventral. L’ensemble de ces éléments nous a permis d’émettre plusieurs hypothèses concernant le rôle de ces réseaux. Nous supposons qu’il s’agit de plusieurs réseaux interconnectés fonctionnant à l’aide de mécanismes inhibiteurs internes, dont le rôle va de la modulation du flux moteur dans le cadre de processus décisionnels compétitifs intégrés aux aires négatives à l’inhibition vraie d’un comportement moteur dans le cadre de circuits entre le cortex et les noyaux gris centraux. La carte probabiliste réalisée permettra de planifier les chirurgies cérébrales mais aussi de servir de zone d’intérêt pour les nouvelles thérapies par stimulations et la recherche en neurosciences
The classical and hierarchical view of the motor system has been challenged since the discovery of other structures able to modulate the motor output in the framework of a hodotopic model. The aim of this work was to study the motor control network thanks to direct electrostimulations performed during awake surgery for brain tumors. This method has shown its effectiveness to preserve motor functions while giving new highlights about the organization of the motor system. In our work, motor control has been studied through the negative motor phenomenon, which consists in a complete arrest of movement without loss of tonus or consciousness during electrostimulations. Initially described at a cortical level, our work demonstrated the possibility to elicit negative motor phenomenon in both hemispheres at a subcortical level. Moreover, we identified a bilateral modulatory motor pathway able to inhibit both upper limbs during unilateral subcortical stimulations. We also shown that fibers driving negative motor responses are organized in a somatotopic manner, like the pyramidal pathway. Resection of these fibers lead to a supplementary motor area syndrome with permanent deficit in fine motor skills and bimanual coordination. These results explain the neurological deficits which might occur after surgery in premotor areas when no active brain mapping is performed, that is, when only primary motor structures are sought. They emphasize the necessity to perform a motor mapping during awake surgery whatever the side and hemispheric dominance. These subcortical results led us to define the concept of negative motor networks and their involvement in motor control networks. Evidences of this network allowed us to explore the cortical level and to report a well-defined organization of the negative motor area, different from the random or somatotopic distributions previously described. This effector-dependent and redundant organization in several areas defined by direct electrostimulations has been helpful to confirm the rostro-caudal and dorso-ventral segregation of the precentral gyrus. Consequently, it was possible to propose several hypothesis about the role of these networks. We presume that they are constituted by several large-scale interconnected networks, based on internal inhibitor mechanisms, whose role goes from modulation of the motor output in a competitive model of decision-making integrated in the negative motor area to real inhibition of motor behaviors thanks to cortico-basal ganglia circuitry. The probabilistic map created with these works will be helpful to plan surgery but could also provide regions of interest for brain stimulations therapies as well as neuroscientific research

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Valentinova, Kristina. "Synaptic plasticity in the lateral habenula controls neuronal output : implications in physiology and drug addiction." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066743/document.

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Abstract:

La survie des individus dépend de leur capacité d’anticiper la survenue d’une récompense ou d’un danger leur permettant ainsi de s’adapter à leur environnement. De considérables efforts ont été réalisés pour identifier les mécanismes cellulaires et synaptiques ayant lieu au niveau du circuit de la récompense afin d’avoir une meilleure compréhension des processus sous tendant des états motivationnels physiologiques et pathologiques tels que l’addiction et la dépression. Pour autant, ce n’est que récemment qu’on commence à comprendre les circuits capables de contrôler les systèmes monoaminergiques mésencéphaliques et leurs contributions aux comportements motivés. Dans les dernières décennies l’habénula latérale (LHb) a émergé comme un acteur majeur capable d’encoder des stimuli de valeur motivationnelle et de contrôler les systèmes monoaminergiques. La connectivité de cette structure épithalamique joue un rôle clé dans différents aspects des comportements motivationnels, comme l’approche et la fuite. Des avancées récentes ont aussi démontré que des altérations de la fonction de la LHb entrainent des états émotionnels négatifs caractéristiques de la dépression et l’addiction. Ces observations suggèrent que la LHb pourrait s’avérer une cible importante pour le traitement de ces pathologies. Au cours de mon travail de thèse, j’ai d’abord cherché à comprendre comment moduler la transmission synaptique au niveau de la LHb pouvait contrôler son activité. Pour répondre à cette question, je me suis focalisée sur le rôle des récepteurs métabotropiques au glutamate (mGluRs). Dans une seconde étude, j’ai examiné les mécanismes par lesquels les drogues d’abus modifient la transmission synaptique des neurones de la LHb. Ces modifications se produisent spécifiquement dans les neurones LHb se projetant vers le noyau tegmental rostral (RMT) et sont nécessaires pour l’émergence des états dépressifs. Dans un premier temps, nous avons démontré qu’au niveau de la LHb les mGluRs de type I sont capables d’induire une dépression à long terme de la transmission synaptique excitatrice (eLTD) et inhibitrice (iLTD). Ces deux formes de plasticité dépendent de la signalisation PKC, mais requièrent des mécanismes d’expression différents. Tandis que eLTD réduit la probabilité de libération du glutamate via l’activation de récepteurs présynaptiques aux endocannabinoides (CB1), iLTD s’exprime par la réduction de la fonction des récepteurs GABAA postsynaptiques contenant la sous-unité β2. De plus, eLTD and iLTD exercent un contrôle bidirectionnel sur la décharge des neurones de la LHb. Dans un second temps, nous avons mis en évidence qu’une exposition chronique à la cocaïne produit une augmentation persistante de la transmission excitatrice au niveau des neurones de la LHb ciblant le RMTg. Cette forme de potentialisation synaptique nécessite l’insertion membranaire de récepteurs contenant la sous-unité GluA1, ainsi que la réduction de conductances potassiques entrainant une hyperexcitabilité neuronale in vitro et in vivo dans la LHb. Ces modifications sont nécessaires pour l’établissement d’états dépressifs émergeant lors de la période de sevrage à la cocaïne. En conclusion, ce travail a contribué à la compréhension de mécanismes de plasticité synaptique ayant lieu au niveau de la LHb et leurs répercussions pour son activité contrôlant ainsi des comportements motivationnels
The capacity of the brain to anticipate and seek future rewards or alternatively escape aversive events allows individuals to adapt to their environment. A considerable research effort has focused on unraveling the cellular and synaptic mechanisms within the meso-cortico-limbic system underlying motivational processing both in physiological conditions and in pathologies such as addiction and depression. However, only recently we begin to understand the circuit substrates capable to control midbrain monoaminergic nuclei and their contribution to motivated behaviors. The Lateral Habenula (LHb) has emerged in the last decade, as a major player encoding stimuli with motivational value and in controlling monoaminergic systems. The wiring of this epithalamic structure subserves discrete features of motivated behaviors, including preference and avoidance. Recent advances have also demonstrated that aberrant modifications in LHb function trigger negative emotional states in disorders including depression and addiction, highlighting the LHb as an important brain target for therapeutic intervention for these pathological states. In my thesis work I first sought to investigate how modulation of synaptic transmission in the LHb controls neuronal activity, especially focusing on the role of metabotropic glutamate receptors. In a second study, I expanded my work examining how drug experience changes synaptic transmission in a precise habenular circuit that we discovered to be crucial for depressive states during cocaine withdrawal. In an initial data set, we found that, in the LHb, metabotropic glutamate receptor 1 activation drives a PKC-dependent long term depression of excitatory (eLTD) and inhibitory (iLTD) synaptic transmission. Despite the common induction, eLTD and iLTD diverged in their expression mechanism. While eLTD required endocannabinoid-dependent reduction of glutamate release, iLTD expressed postsynaptically through a decrease of β2-containing GABAA receptors function. Further, eLTD and iLTD bidirectionally controlled LHb neuronal output. In a second study, we showed that chronic cocaine exposure leads to a persistent and projection-specific increase of excitatory synaptic transmission onto LHb neurons. This form of synaptic potentiation required membrane insertion of GluA1-containing AMPA receptors and a reduction in potassium channels function ultimately leading to increased LHb neuronal excitability both in vitro and in vivo. These cocaine-driven adaptations within the LHb were instrumental for depressive-like states emerging after drug withdrawal. Altogether this work demonstrates how synaptic plasticity in the LHb affects neuronal output and thereby contributes to behaviors associated with the pathology of motivation

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Zeeni, Nadine. "Plasticité neuronale des voies périphériques et centrales contrôlant la prise alimentaire." Paris, AgroParisTech, 2009. http://www.theses.fr/2009AGPT0065.

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Plusieurs régions cérébrales participent au contrôle du comportement alimentaire, notamment l’hypothalamus et le tronc cérébral. Des stimulations anorexigènes telles que l’action de peptides intestinaux comme la cholecystokinine (CCK) ou l’oxyntomoduline ; ainsi que de la neurotrophine BDNF (brain-derived neurotrophic factor) participent à ce contrôle de la prise alimentaire. De récentes études montrent que certaines interventions nutritionnelles comme la persistance d'une alimentation riche en lipides ou en protéines ont pour conséquence la modification de l'efficacité avec laquelle le cerveau peut générer le rassasiement à partir de stimulations digestives anorexigènes. Les mécanismes de plasticité neurobiologique à l'origine de ces phénomènes sont encore inconnus, pourtant, ils sont probablement responsables en partie des dérèglements précoces qui accompagnent l'apparition de l'obésité, chez l'animal mais aussi chez l'homme. Objectif: L’objet de ces travaux a été de déterminer si la nature d’un régime alimentaire (enrichi en lipides ou en protéines) agit sur la sensibilité des voies périphériques et centrales de la satiété aux médiateurs anorexigènes. Résultats: Les résultats obtenus ont établi que des interventions nutritionnelles peuvent modifier le comportement alimentaire ainsi que l’interprétation de certains signaux anorexigènes. Ceci a été mis en evidence tout d’abord en démontrant qu’un régime hypercalorique et hyperlipidique mène à une diminution du message anorexigène du BDNF au niveau des récepteurs dans l’hypothalamus et les ganglions plexiformes. De plus, nous avons démontré par une technique d’IRM qu’un régime hyperlipidique cause une désensibilisation au peptide anorexigène CCK. Conclusion: Sous l’influence des régimes, les signaux impliqués dans le contrôle de la prise alimentaire sont susceptibles d’être modulés au cours du temps. La plasticité neuronale pourrait constituer un élément central de ces adaptations

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Mensch, Maria. "Étude du rôle pathophysiologique des peptides Aη récemment découverts dans le cerveau." Electronic Thesis or Diss., Université Côte d'Azur, 2020. http://theses.univ-cotedazur.fr/2020COAZ6001.

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Abstract:

L’implication de la protéine précurseur de l’Amyloïde (APP) est bien établie dans la pathologie Alzheimer, une des maladies neurodégénératives la plus étendue à travers le monde. Ces 30 dernières années de nombreuses études focalisent sur cette pathologie mais le progrès dans la compréhension de son étiologie et les cures possibles restent cependant limitées. Toutes les études concernant la forme familiale et les cibles potentielles, soulignent l’importance d’APP et des fragments issus de son clivage. Déchiffrer le rôle des différents fragments d’APP dans la fonction synaptique et leurs effets comportementaux est crucial dans la compréhension de l’étiologie de cette pathologie. En 2015, Willem et al, ont décrit une nouvelle voie de clivage produisant le peptide Amyloid-η (Aη). Ils ont pu démontrer que le peptide Aη−α, dans sa forme la plus longue, produit par le clivage de l’η-secretase et α-secretase, alimente des propriétés bioactives. Appliqué dans l’hippocampe ex vivo, il diminue la potentialisation à long terme (PLT) et in vivo il réduit les ondes calciques. Au-delà de ces observations initiales, ma thèse intitulée « Étude du rôle pathophysiologique des peptides Aη récemment découverts dans le cerveau » focalise sur le rôle d’Aη dans différents paramètres de la plasticité synaptique excitatrice et les comportements associés. Nous avons testé les effets d’une augmentation aigue et chronique d’Aƞ-α, en administrant de l’Aη-α synthétique (M108) de manière aigue sur des tranches d’hippocampe ex vivo et via l’analyse de nouvelles lignées de souris transgéniques MISEPA2 et MISEPA4 sur-exprimant l’Aη-α. Nos résultats montrent l’impact d’Aη-α sur la plasticité synaptique à des concentrations nano-molaires en induisant une dépression à long terme (DLT), tandis que la plasticité présynaptique à court terme et la transmission synaptique basale sont inchangées. Puis, afin d’élucider les effets aigus et chroniques d’un taux élevé d’Aη-α sur la cognition, nous avons mené une série de tests mnésiques. L’analyse des lignées transgéniques révèlent aucun déficit majeur de mémoire, bien que des altérations subtiles soient notables lors d’analyses individuelles. De plus des injections intracérébrales aigues de M108 chez des souris in vivo ne montrent pas de déficit de mémoire. Nous concluons que, bien que la plasticité synaptique excitatrice hippocampique soit clairement impactée par des taux élevés d’Aη-α, aucun phénotype comportemental majeur ne semble apparent. En parallèle, nous avons étudié la plasticité synaptique et le comportement dans un nouveau modèle de souris Knock-out APPΔEta, dans lequel le clivage d’APP par la η-secretase est absent. Dans cette lignée la DLT ne peut pas être induite, mais l’application aigue de M108 rétablit la DLT. Ces données révèlent donc un rôle crucial de l’Aη-α dans ce mécanisme de plasticité synaptique. De plus, les souris APPΔEta montrent un déficit en mémoire spatiale dans le test de la piscine de Morris et une baisse de l’anxiété dans le test d’openfield et les boites claires obscures, indiquant que le clivage d’APP par η-secretase est nécessaire dans les fonctions cognitives. En conclusion, nos résultats contribuent à la compréhension du rôle d’Aη-α dans la physiopathologie, mettant en avant son rôle essentiel dans la plasticité synaptique et la cognition
The amyloid precursor protein (APP) is well known by its association with Alzheimer's disease (AD), the most common neurodegenerative disease worldwide. Despite intense research focusing on AD over the last 30 years, the progress in understanding its etiology and finding a cure has been limited. Thus far, all data gathered regarding the genetic causes of familiar AD, the progression of the disease, and potential therapeutic targets for AD, highlight the importance of APP and its cleavage products. Deciphering the role of the different APP fragments in synaptic function and behavior is crucial to understand AD etiology fully. In 2015, Willem et al., described a new APP processing pathway producing amyloid-η (Aη) peptides. They could demonstrate that the Aη-α peptide, the longest form of Aη produced by η-secretase and α-secretase cleavage, harbors bioactive properties. Applied on the hippocampus ex vivo it lowers long-term potentiation (LTP) and in vivo it lowers calcium wave activity. Going beyond these initial observations, my thesis, "Unraveling the physiopathological role of the newly discovered Aη peptides in the brain" focused on further identifying Aƞ-α actions on different parameters of excitatory synaptic plasticity and associated behavioral outputs. We tested the effects of acute and chronic elevations of Aƞ-α, employing acute application of synthetic Aƞ-α (M108) on hippocampal slices ex vivo or via the analysis of new transgenic mouse lines MISEPA2 and MISEPA4 overexpressing Aƞ-α, respectively. Our results show that Aη-α impacts synaptic plasticity at low nanomolar concentrations and shifts plasticity towards long-term depression (LTD), while it does not perturb pre-synaptic short-term plasticity or basal synaptic transmission. Next, to unravel the effects of both acute and chronic elevated Aƞ-α levels on cognition, we performed a series of memory-dependent behavioral tests. Analysis of the transgenic mouse lines indicated no major memory impairments, although subtle alterations were noticeable upon individual testing and analysis paradigms. Also, an acute injection of M108 in the brain in vivo did not correlate with significant memory loss. We conclude that, while hippocampal excitatory synaptic plasticity is clearly impacted by elevated Aη-α levels, this cellular phenotype failed to robustly translate into alterations of behavioral output thus far. In parallel, we went on to investigate the effects on synaptic plasticity and behavior caused by the absence of APP processed by ƞ-secretase in a novel knock-out APPΔEta mice line. In this mouse line LTD could not be induced, but acute M108 application rescued this phenotype. These data reveal a crucial role of Aη-α in this synaptic plasticity mechanism. Additionally, APPΔEta mice exhibited impaired spatial memory in MWM task and reduced anxiety in the Open field and Light-Dark box tests, indicating that this APP cleavage is necessary for cognitive functions. In conclusion, our results advanced the understanding of the physio-pathological role of Aƞ in the brain, highlighting an essential function in excitatory synaptic plasticity and cognition

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Cui, Yihui. "The many faces of corticostriatal spike-timing dependent plasticity." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066398.

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Abstract:

La plasticité corticostriatale est le substrat de l’apprentissage procédural. Nous avons caractérisé l’implication des endocannabinoides (eCBs) dans des formes de plasticité non-hebiennes telle que la depolarization-induced suppression of excitation (DSE) ou les stimulations à basse fréquence. Nous nous sommes ensuite concentré sur la caractérisation de la spike timing-dependent plasticity (STDP). Nous avons démontré que la LTP-STDP etait NMDAR dépendante alors que la LTD de��pendait des eCBs. En baissant le nombre de stimulations nous avons mis en évidence une nouvelle forme de plasticité: une eCB-LTP induite par un très faible nombre de stimulations appariées (5-10). Cette eCB-LTP est homosynaptique, médiée par l’activation des récepteurs CB1 et TRPV1 et par le couple présynaptique PKA-calcineurine. Nos résultats démontrent le large spectre d’action des eCBs puisque ceux-ci sous-tendent non seulement les phénomènes de dépression synaptique mais aussi de potentiation. Nous avons alors exploré les limites de la STDP en variant la fréquence des stimulations corticostriatales et observé une transition entre la dépendance au timing vs fréquence de la STDP dans laquelle la LTP est médiée par les NMDAR (pour de faibles fréquences) puis par un mélange NMDAR / CB1R (pour des fréquences plus élevées). Enfin, nous avons montré une très sensibilité des plasticités NMDA-dépendantes face au jitter alors que celles médiées par les eCBs sont beaucoup plus résistantes au jitter. Ces résultats montrent de nouvelles formes de plasticités corticostriatales et la grande complexité des règles d’apprentissage synaptiques qui gouvernent le traitement des informations corticostriatales
The corticostriatal plasticity is thought to be the neuronal substrate of procedural learning. We first investigated non-hebbian plasticity and found that both depolarization-induced suppression of excitation (DSE) and low-frequency stimulation (LFS) protocols induced LTD and are both mediated by endocannabinoid (eCB)-signaling. We then focused on corticostriatal spike timing-dependent plasticity (STDP) characterization and robustness. We found that with 100 STDP pairings, corticostriatal LTP was NMDA-dependent while LTD involved eCB-signaling. We then tested the robustness of corticostriatal STDP. We uncovered that LTP was even inducible with 5 pairings. Thanks to a model-driven experiment strategy, we demonstrated that this LTP relies on eCB-signaling. This eCB-LTP is homosynaptic, depends on cannabinoid-type-1 receptor (CB1R) and transient receptor potential vanilloid-type-1 (TRPV1) activation and is supported by presynaptic PKA and calcineurin. Our results considerably enlarge the spectrum of action of eCBs since they show that eCBs promote not only depression but also potentiation. To investigate the limits of corticostriatal STDP, we varied the STDP rate. We observed a transition from timing- to rate-dependent plasticity. This rate-dependency exists with both 100 and 10 pairings, in which LTP is respectively NMDA-dependent and CB1 and NMDA receptors. We then applied a randomized jitter within STDP protocol. We showed that NMDA-LTP is highly sensitive to jitter while eCB-LTP is not. These results showed novel forms of corticostriatal plasticity and demonstrated that the multiple learning rules at play for governing the corticostriatal information processing

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Akchiche, Nassila. "Conséquences d'une carence en donneurs de méthyles sur la différenciation cellulaire, la survie et la neuroplasticité : approches mécanistiques in vitro sur des lignées neuronales." Thesis, Nancy 1, 2009. http://www.theses.fr/2009NAN10122/document.

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Abstract:

Les folates (vitamine B9) et la vitamine B12 interviennent comme cofacteurs dans le métabolisme des monocarbones qui régule les réactions de transméthylation impliquées dans les mécanismes épigénétiques. Un déficit en folates et/ou B12 réduit la production de méthionine à partir de l'homocystéine, un acide aminé toxique dont l'accumulation a été associée à la survenue de pathologies du système nerveux central aux différents stades de la vie (spina bifida, maladie d'Alzheimer…). Afin d'explorer les mécanismes cellulaires et moléculaires impliqués dans la réponse à la carence en ces micronutriments, nous avons développé deux nouveaux modèles cellulaires. Ainsi, nous avons étudié les effets d'une déficience en folate sur la prolifération, la différenciation et la plasticité neuronale de progéniteurs neuronaux issus de l'hippocampe d'embryons de rat, la lignée H19-7. Le second modèle correspond à un projet innovant visant à obtenir une déplétion cellulaire en B12 par séquestration membranaire. Il a été obtenu par transfection stable de la lignée de neuroblastome murin NIE-115 dans le but d'induire l'expression d'une protéine chimère contenant le transporteur plasmatique de la vitamine B12, la transcobalamine II, et une protéine d'ancrage membranaire. L'ensemble de ces travaux montre que les altérations du métabolisme des monocarbones associées aux carences répriment la neurogenèse et induisent des troubles de la différentiation neuronale. Ceci suggère l'existence de mécanismes précis par lesquels le déficit en folates, en vitamine B12 et/ou l'homocystéine peuvent affecter le fonctionnement du cerveau et sa plasticité
Folate (vitamin B9) and vitamin B12 act as cofactors in the one-carbon metabolism that regulates transmethylation reactions involved in epigenetic mechanisms. A deficiency in folate and/or B12 decreases the generation of methionine from homocysteine, a toxic amino acid that has been associated with pathologies of the central nervous system at all ages (spina bifida, Alzheimer's disease…). In order to depict the cellular and molecular mechanisms implicated in the response to the deficiency in these micronutrients, two new cell models have been developed. Thus, we have analyzed the effects of folate deficiency on proliferation, differentiation and neuroplasticity of neuronal progenitors obtained from the hippocampus of rat embryos, i.e. the H19-7 cell line. Regarding the second model, we designed an original approach by stable transfection of NIE-115 murine neuroblastoma cells to impose the anchorage of a chimeric B12 binding protein, transcobalaminoleosin (TO) to intracellular membrane in order to produce intracellular sequestration of B12. Taken together, our results have shown that deficiency-associated alterations of the one-carbon metabolism lead to reduced neurogenesis and to dramatic impairment of neuron differentiation. This suggests the existence of specific mechanisms through which vitamin B9/B12 deficiency and/or homocysteine may affect brain functioning and plasticity

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Luckman, Simon M. "Neuronal-glial interactions in the neurohpophysis." Thesis, University of Cambridge, 1990. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.334212.

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Bensmail, Boughediri Soraya. "Modélisation neuromimétique du contrôle sensori-moteur des mouvements du membre supérieur : cas du pointage et de la saisie." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2005. http://www.theses.fr/2005VERS0032.

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Abstract:

Les avancés dans le domaine du contrôle moteur attirent les scientifiques de disciplines autres que la neurophysiologie. Les roboticiens adhèrent également à ces programmes pour élaborer de nouvelles lois de commandes neuromimétiques basées sur la simulation du SNC exécutant une action motrice. Un modèle de contrôle sensorimoteur est développé pour l'apprentissage des mouvements visuo-guidés. Nous avons réunis dans ce schéma de contrôle des hypothèses fondées sur des principes "computationnels" relatifs à l'organisation en colonnes du cortex cérébral et la théorie de Marr-Albus-Ito du cervelet. Ces principes décrivent plusieurs mécanismes de plasticités synaptiques situées dans différents sites du SNC : cortex cérébral et cervelet. Cette approche connexioniste est appliquée pour simuler l'apprentissage de mouvements visuo-guidés par le "bras et avant-bras" et la prise "pouce-index". Le modèle est constitué de deux niveaux hiérarchiques : le niveau supra-spinal qui génère les commandes motrices pour activer les muscles, le niveau spinal provoquant les déplacements de la structure musculo-squelettique. Pour transformer les ordres moteurs en déplacement, les forces musculaires sont générées suivant la théorie du Point d'Équilibre. La simulation du formalisme montre que les processus adaptatifs prenant place dans différents sites du modèle global coopèrent sans s'interférer. Pour le mouvement de pince "pouce-index", nous proposons que le modèle de contrôle soit étendu en considérant deux structures. Cela correspond à deux régions au niveau du réseau cortical contrôlant deux points de travail et un seul réseau cérébelleux coordonnant le mouvement global
The advanced ones in motor control research attract the scientists of disciplines other than the neurophysiology. Thus, the robotics researchers also adhere to these programs. Their aim is to elaborate new neuromimetic command rules inspired from the SNC executiong motor action. A model of sensorimotor control is developed for visuo-guided movements learning. This model is developed based on several prerequisites about "computational" principles of brain structures : the columnar organization of the cerebral cortex and the Marr-Albus-Ito theory of cerebellar learning. The adaptive rules incorporeted in the model simulate the synaptic plasticities localised in various sites of the CNS : cerebral cortex and cerebellum. This connexionist approach is applied to simulate learning of the "arm" visuo-guided movements and the "thumb-index" pinch. The neural network model consists of two hierarchical levels : the high level which generates motor orders to muscles activation and the spinal level producing musculo-skeletal structure displacements. Thus, muscular forces are generated according to the Equilibrium-Point-Hypothesis. The simulation of the non linear formalism shows that adaptive processes taking place in different sites of the total neural network model cooperate without interferer. For the movement of "thumb-index" grip , we propose that the neural network model is deployed by considering two fingers structure. So the cortical level is presented by two pathways controlling two working points and only one cerebellar network may be able to coordinate the global pinch movement

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Amad, Ali. "Étude de la plasticité cérébrale en psychiatrie à partir de plusieurs modèles pathologiques : le trouble de personnalité borderline et les hallucinations." Thesis, Lille 2, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL2S034/document.

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Abstract:

La neuroplasticité (NP), définie comme la capacité du système nerveux à s’adapter aux changements environnementaux, est un phénomène intrinsèque au fonctionnement cérébral et essentiel à son homéostasie. La NP est par définition impliquée dans toutes les maladies du cerveau dont les troubles psychiatriques. Différents troubles psychiatriques peuvent être utilisés comme autant de modèles pour étudier les différentes facettes de la NP de façon translationnelle : du moléculaire au comportemental permettant alors d'améliorer la compréhension de la régulation de la NP et de son implication dans l'étiopathogénie des troubles psychiatriques et de leurs traitements.La neuroplasticité individu-dépendante−La NP individu-dépendante permet de concevoir les gènes impliqués dans les troubles psychiatriques comme des gènes de sensibilité à l’environnement plutôt que comme des gènes de vulnérabilité aux maladies. Ainsi, tous les sujets n’ont pas la même sensibilité à l’environnement. Si l'on considère les gènes de vulnérabilité aux maladies comme des gènes de sensibilité à l’environnement, également appelés gènes de plasticité, les individus qui les portent présentent logiquement une susceptibilité plus grande à l'environnement qu'il soit "négatif" (ex.: maltraitance infantile) ou "positif" (ex.: environnement enrichissant). Ce concept a été proposé dans un modèle intégratif d'un trouble psychiatrique très fréquent: le trouble de personnalité borderline.La neuroplasticité âge-dépendante−La NP opère tout au long de la vie mais est régulée différemment selon les périodes de développement. Ces modifications liées à l’âge sont non seulement quantitatives (nombre de neurones impliqués) mais également qualitatives (type de modification). La régulation neuroplastique est donc dépendante de l'âge et entraine des conséquences comportementales différentes selon l'âge de survenue d'un évènement ou d'une expérience. La dimension âge-dépendante de la NP permet d'apporter un nouveau regard sur l'étiopathogénie des troubles psychiatriques, notamment sur les liens entre le trouble de personnalité borderline (TPB) et l’état de stress post-traumatique. Nous avons réalisé une étude génétique d'association, avec réplication interne, sur des gènes impliqués dans la régulation de l'axe du stress dans le TPB d'après l'hypothèse que le TPB et le PTSD constitueraient une seule et même entité dont la principale différence étiologique serait l'âge de survenue du traumatisme.La neuroplasticité symptôme dépendante−Les modifications neuroplastiques chez des sujets adultes sains ont été mises en évidence dans plusieurs types de situations. L'aspect adaptatif de la NP peut également être impliqué dans la pathogenèse d'un trouble, on parle d'adaptation plastique à la pathologie. Cet aspect a été étudié dans un symptôme psychiatrique fréquent : l'hallucination, définie comme une perception sans objet et nous avons proposé la première étude de neuroimagerie multimodale chez des patients souffrant de schizophrénie présentant des hallucinations visuelles. L'objectif de cette étude était d'étudier la connectivité du complexe hippocampique (HC) selon la modalité hallucinatoire, i.e. auditive ou visuelle dans deux groupes de patients souffrant de schizophrénie: un groupe avec uniquement des hallucinations auditives (AH) et un groupe avec des hallucinations audio-visuelles. Des différences de connectivité ont été mises en évidence sur la voie mésolimbique et entre aires visuelles et complexe hippocampique. La présence d’hallucinations visuelles est également associée à des modifications plastiques du volume et de la forme de l’hippocampe et nos résultats sont compatibles avec des modifications symptômes-dépendantes de cette structure. [...]
The study of the neuroplasticity (NP) has been emphasized to improve the comprehension of pathophysiology of psychiatric disorders, including biomarkers for predicting and monitoring treatment response. NP can be defined as the ability of the nervous system to respond to intrinsic or extrinsic stimuli by reorganizing its structure, function and connections and can be described from a translational perspective at many levels, from molecular to cellular to systems to behaviour. Psychiatric disorders are characterized by a high degree of heterogeneity (pathophysiological, etiologic and clinical levels) which can be conceived as an advantage when examined from the perspective of the NP. In fact, psychiatric disorders can be used as models to study the different aspects of the NP.Individual-dependent plasticity−The lack of susceptibility genes related to several psychiatric disorders may be due to tendency to look for genetic effects on disease rather than genetic effects on vulnerability to environmental causes of disease. In fact, \\\"vulnerability genes\\\" may function more like \\\"plasticity genes\\\", resulting in greater susceptibility of individuals to both positive (e.g., environmental support and enrichment) and negative (e.g., childhood maltreatment) facets of environmental experiences. This concept has been proposed in an integrative model of a frequent psychiatric disorder : the borderline personality disorder (BPD). Age-dependent plasticity−There are qualitatively and quantitatively different changes in the brain in re¬sponse to what appears to be the same experience at dif¬ferent ages. This aspect of NP has been studied by using the \\\"Borderline Personality or Complex Posttraumatic Stress Disorder controversy\\\" with a genetic association study, with independent replication, on genes associated with the physiological response to stress in the hypothalamic–pituitary–adrenal (HPA) axis. Symptom-dependent plasticity−Adaptative neuroplastic modifications in the structure and function of the human brain in response to environmental demands have been showed in numerous situations in healthy controls. Interestingly, NP have also been associated to adaptation to pathology in several psychiatric disorders. A recent example has been provided by the study of visual hallucinations in schizophrenia patients. Hallucinations can be defined as perceptions in the absence of external stimuli. In schizophrenia, hallucinations constitute the most typical and disabling symptoms of the disorder and may manifest in all sensory modalities. Several MRI findings support the hypothesis that distinct patterns of connectivity, particularly within networks involving the hippocampal complex (HC), could be associated with different hallucinatory modalities. The aim of our study was to investigate HC connectivity as a function of the hallucinatory modality, i.e., auditory or visual in two carefully selected subgroups of schizophrenia patients with only auditory hallucinations (AH) or with audio-visual hallucinations (A+VH). Hippocampal volume and shape analysis showed localized hippocampal hypertrophy in the A+VH group. These structural findings indicate that plastic changes are associated with hallucinations. Indeed, the hippocampus is capable of plastic deformation, and the present findings are consistent with experience-dependent shape modifications of the hippocampus that involve mechanical tension along the axon.This PhD thesis highlights several arguments that the NP perspective provide new insights to the pathophysiology, to improve and emphasize therapeutic innovation of psychiatric disorders

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Dissertations / Theses on the topic 'Plasticità neuronale'

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