Lieu : CARF
Thèse soutenue en anglais
Team : NeuroDTx : Neuromodulation et Thérapies Numériques
IMN
Thèse dirigée par Amélie Aussel, Fabien Wagner et Nicolas Rougier
Titre
Modélisation computationnelle de l’hippocampe avec une morphologie détaillée des neurones pour l’interaction des oscillations neuronales avec la stimulation électrique extracellulaire
Abstract
La réussite de l’encodage et de la récupération de la mémoire repose sur le couplage entre les oscillations thêta (4-8Hz) et gamma (30-100Hz). Une perturbation de ce couplage thêta-gamma est observée dans des états pathologiques, tels que la maladie d’Alzheimer. Ces dernières années, des efforts ont été déployés pour ralentir la progression de la maladie, notamment par l’utilisation de la stimulation électrique cérébrale profonde du réseau de la mémoire. Malgré des recherches approfondies, les études portant sur la stimulation électrique hippocampique produisent des résultats incohérents, ce qui limite notre compréhension de ses effets sur la dynamique neuronale et la mémoire. Pour répondre à ce problème, j’ai développé un modèle réduit de la région CA1 de l’hippocampe utilisant des neurones multicompartimentaux afin de simuler avec précision la propagation du signal et le recrutement neuronal après une stimulation extracellulaire. Trois types de neurones (pyramidaux, basket et OLM) ont été représentés selon les proportions biologiques issues de la littérature. Tous les neurones ont été modélisés suivant le formalisme de Hodgkin-Huxley, et j’ai explicitement modélisé les trajectoires des collatérales de Schaffer provenant de CA3 et formant des synapses sur les neurones pyramidaux de CA1. Mon modèle génère des oscillations thêta-gamma tout en équilibrant l’efficacité computationnelle et la précision anatomique afin de permettre une investigation systématique et exploitable des paramètres de stimulation et leur impact sur la dynamique du réseau. Mes simulations démontrent qu’une stimulation biphasique bipolaire induit une excitation des collatérales de Schaffer, entraînant par la suite une excitation au sein du réseau CA1. Cependant, lorsque les collatérales de Schaffer sont exclues du modèles, ce même protocole de stimulation induit une réponse inhibitrice au sein du réseau.
Mots clés
Neurosciences computationnelles, Hippocampe, Mémoire, Oscillations neuronales, Modèles multicompartimentaux, Stimulation électrique