Synaptic plasticity emerging from chemical reactions: modeling spike-timing dependent plasticity of basal ganglia neurons

Ilya Prokin 1, 2
2 BEAGLE - Artificial Evolution and Computational Biology
LIRIS - Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information, Inria Grenoble - Rhône-Alpes, LBBE - Laboratoire de Biométrie et Biologie Evolutive, CarMeN - Laboratoire de recherche en cardiovasculaire, métabolisme, diabétologie et nutrition
Résumé : Notre cerveau prend en charge différentes formes d’apprentissage dans ses diverses parties. C’est par exemple le cas des ganglions de la base, un ensemble de noyaux sous-corticaux qui est impliqué dans la sélection de l’action et une forme spécifique de l’apprentissage / mémoire, la mémoire procédurale (mémoire des compétences ou d’expertise). A l’échelle du neurone unique, le support le plus plausible de l’apprentissage et de la mémoire est la plasticité synaptique, le processus par lequel l’efficacité de la communication entre deux neurones change en réponse à un pattern spécifique de conditions environnementales. Parmi les différentes formes de plasticité synaptique, la plasticité dépendante du timing des spikes (STDP) représente le fait que le poids synaptique (l’efficacité de la connexion) change en fonction du temps écoulé entre l’émission des deux potentiels d’action (spikes) présynaptiques et postsynaptiques consécutifs. Si la STDP est une forme de plasticité qui a récemment attiré beaucoup d’intérêt, on ne comprends pas encore comment elle emerge des voies de signalisation / biochimiques qui la sous-tendent. Pour répondre à cette question, nous combinons les approches expérimentales de nos collaborateurs (pharmacologie et électrophysiologie) avec la modélisation de la dynamique des réseaux de signalisation impliquées (décrite par des équations différentielles ordinaires). Après estimation des paramètres, le modèle reproduit la quasi-totalité des données expérimentales, y compris la dépendance de la STDP envers le nombre stimulations pré- et post-synaptiques appariées et son exploration pharmacologique intensive (perturbation des voies de signalisation par des produits chimiques). En outre, contrairement à ce qui était largement admis dans la communauté des neurosciences, notre modèle indique directement que le système endocannabinoïde contrôle les changements du poids synaptique de façon bi-directionnelle (augmentation et diminution). De plus, nous étudions comment une série de facteurs comme la recapture du glutamate régule la STDP. Notre modèle représente une première étape pour l’élucidation de la régulation de l’apprentissage et de la mémoire au niveau du neurone unique dans les ganglions de la base.
Type de document :
Pré-publication, Document de travail
T. 2016
Liste complète des métadonnées

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01514357
Contributeur : Équipe Gestionnaire Des Publications Si Liris <>
Soumis le : mercredi 26 avril 2017 - 10:00:06
Dernière modification le : jeudi 27 avril 2017 - 01:09:07

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  • HAL Id : hal-01514357, version 1

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Ilya Prokin. Synaptic plasticity emerging from chemical reactions: modeling spike-timing dependent plasticity of basal ganglia neurons. T. 2016. 〈hal-01514357〉

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