Aller au contenuAller au menuAller à la recherche

Anna Beyeler , Xavier Leinekugel

Forte excitation dans l'hippocampe...

Le 22 août 2013

Recruitment of Perisomatic Inhibition during Spontaneous Hippocampal Activity In Vitro.
Beyeler A, Retailleau A, Molter C, Mehidi A, Szabadics J, Leinekugel X.
PLoS One. 2013 Jun 21;8(6):e66509.

 

Xavier Leinekugel  quel est  le consensus  jusqu'à présent sur la mémoire associative ?

La théorie principale depuis les années 50 considère que les représentations mentales proviennent de la décharge simultanée de neurones dispersés, chaque sous-groupe représentant une partie de l'information selon sa spécialité (auditive, visuelle, etc...). Grace à la plasticité synaptique qui permet de renforcer les interconnections entre neurones simultanément actifs, ces "assemblées neuronales" acquerraient une certaine stabilité : les neurones ayant déjà déchargé ensemble se remettront à décharger ensemble si une partie de l'assemblée est réactivée. Ainsi, deux attributs associés de façon répétée dans la réalité (par exemple Clint Eastwood et les cigarillos) pourront désormais s'évoquer l'un l'autre, un phénomène qui en plus d'assurer la fortune des marchands de tabac serait à la base de la mémoire associative.

Cette théorie pose certaines contraintes :

- pour renforcer leurs interconnections, les neurones doivent être interconnectés et capables de se recruter mutuellement; le pendant de cette connectivité excitatrice récurrente étant sa tendance à l'hypersynchronisation, dont la manifestation pathologique la plus spectaculaire est la crise d'épilepsie

- le cerveau doit être en mesure de déterminer quelles sont les décharges individuelles qui appartiennent à la même assemblée cellulaire

Le circuit hippocampique, et plus particulièrement celui de la région CA3, a été décrit comme étant l'archétype du circuit associatif : il est indispensable pour la mémorisation, ses neurones glutamatergiques y sont connectés de façon récurrente, et divers types d'interneurones maintiennent l'activité dans des limites physiologiques (contrôle quantitatif) et assurent l'expression d'oscillations qui organisent la décharge neuronale de façon temporelle (codage au sein d'assemblées neuronales successives).

Toutefois, certains points importants restent à clarifier :

- si ce circuit possède en effet des connexions entre neurones excitateurs, qui génèrent des crises lors d'un blocage de l'inhibition, le taux (<5%) et l'efficacité de ces connections sont ils suffisants pour que ces neurones se recrutent mutuellement en présence d'un système inhibiteur fonctionnel, au cours de l'activité spontanée ?

- les interneurones de type basket cells, qui projettent au niveau périsomatique, assurent-ils un contrôle quantitatif et temporel efficace des décharges collectives ?

 

Pour répondre à ces questions, nous avons effectué in vitro dans l'hippocampe de rongeurs (rats, souris et cobayes) des enregistrements extracellulaires de l'activité neuronale multi-unitaire (potentiels d'action) et des potentiels synaptiques inhibiteurs générés par les interneurones périsomatiques (eIPSPs), et nous avons développé une analyse permettant de quantifier: 
(i) le recrutement des cellules excitatrices entre elles,
(ii) l'inhibition des cellules pyramidales produite par les interneurones périsomatiques,
(iii) le recrutement des basket cells par les cellules excitatrices.

 

Nous avons ainsi observé dans CA3 une boucle de recrutement de l'ordre de 10ms, au cours de laquelle les cellules pyramidales avaient effectivement tendance à se recruter mutuellement, ainsi qu'à déclencher une puissante inhibition périsomatique. Toutefois, le recrutement de l'inhibition par l'activité excitatrice reste très modéré, et le recrutement des cellules pyramidales s'interrompt le plus souvent sans eIPSP, suggérant que l'inhibition périsomatique pourrait être impliquée plus fortement dans le contrôle temporel des décharges que dans leur régulation quantitative. Ainsi, les basket cells seraient potentiellement plus importantes pour le codage neuronal que pour la prévention de l'hypersynchronisation de type épileptique.

De façon intéressante, les évènements synaptiques inhibiteurs extracellulaires (eIPSPs) sont extrêmement rares dans la région CA1 comparée à la région CA3, ce qui pourrait suggérer que ces réseaux aux fonctions probablement très distinctes présentent également des différences importantes en terme d'interactions pyramidales excitatrices - interneurones inhibiteurs.

Ces paramètres quantitatifs pourront par ailleurs servir de base à la caractérisation de conditions pathologiques susceptibles d'affecter l'équilibre fonctionnel entre excitation et inhibition dans le circuit hippocampique.


Propos recueillis par Yves Deris communication FBN / Merci à Xavier Leinekugel de l'équipe: Dynamique des réseaux neuronaux et vasculaires dans les processus mnésiques.(Bruno Bontempi: teamleader) 

 

Recruitment of Perisomatic Inhibition during Spontaneous Hippocampal Activity In Vitro.
Beyeler A, Retailleau A, Molter C, Mehidi A, Szabadics J, Leinekugel X.
PLoS One. 2013 Jun 21;8(6):e66509.
Université de Bordeaux, Institut des Maladies Neurodégénératives, UMR 5293, Bordeaux, France ; Centre National de la Recherche Scientifique, Institut des Maladies Neurodégénératives, UMR 5293, Bordeaux, France ; European Network Institute, Bordeaux, France.
Abstract
It was recently shown that perisomatic GABAergic inhibitory postsynaptic potentials (IPSPs) originating from basket and chandelier cells can be recorded as population IPSPs from the hippocampal pyramidal layer using extracellular electrodes (eIPSPs). Taking advantage of this approach, we have investigated the recruitment of perisomatic inhibition during spontaneous hippocampal activity in vitro. Combining intracellular and extracellular recordings from pyramidal cells and interneurons, we confirm that inhibitory signals generated by basket cells can be recorded extracellularly, but our results suggest that, during spontaneous activity, eIPSPs are mostly confined to the CA3 rather than CA1 region. CA3 eIPSPs produced the powerful time-locked inhibition of multi-unit activity expected from perisomatic inhibition. Analysis of the temporal dynamics of spike discharges relative to eIPSPs suggests significant but moderate recruitment of excitatory and inhibitory neurons within the CA3 network on a 10 ms time scale, within which neurons recruit each other through recurrent collaterals and trigger powerful feedback inhibition. Such quantified parameters of neuronal interactions in the hippocampal network may serve as a basis for future characterisation of pathological conditions potentially affecting the interactions between excitation and inhibition in this circuit.

 

Focus



Anna Beyeler (© picture Tye Lab)

Thèse en 2009 dans le labo de John Simmers, sous la direction de Didier Le Ray. 2013: Swiss National Science Foundation Postdoctoral Fellow
au Picower Institute for Learning and Memory at MIT
Cambridge, Massachusetts, USA