Méthodes Intracellulaires de Haute-Résolution pour la Mesure et l'Injection de Conductances dans les Neurones du Cortex Cérébral – HR-CORTEX

RESUME PROJET – Contexte scientifique et objectifs
Le cortex cérébral activé exhibe des états de haute conductance , caractérisés par une activité intracellulaire sous-liminaire intense et fluctuante, qui est la conséquence d'un haut niveau d'activité dans le réseau local. Les méthodes présentement utilisées pour caractériser cette activité sont limitées en résolution, principalement à cause du biais introduit par les électrodes d'enregistrement. Dans ce projet, nous comptons pallier à ces limitations en proposant un nouveau paradigme d'enregistrement basé sur une rétroaction entre la cellule et un ordinateur. Le développement et l'implémentation de ce paradigme requièrent une association étroite entre mathématiques, informatique, neurosciences computationnelles et électrophysiologie intracellulaire (in vivo et in vitro). Notre but est de concevoir de nouvelles méthodes, de les tester sur des neurones réels (essentiellement in vitro), et de les appliquer aux enregistrements intracellulaires dans le cortex visuel primaire in vivo.RESUME PROJET – Description
Ce projet combinera des expertises en mathématique, informatique, neurosciences computationnelles et électrophysiologie intracellulaire (in vitro et in vivo), pour obtenir des méthodes précises de caractérisation des états de haute conductance. Nous prévoyons de pallier aux problèmes suivants: 1) l'impossibilité de réaliser un dynamic-clamp de haute résolution avec électrodes fines, qui est la technique la plus utilisée in vivo; 2) le manque de fiabilité et de résolution du voltage-clamp in vivo; 3) l'impossibilité d'extraire des conductances lors de réponses individuelles à partir du Vm. Nous proposons de pallier à ces difficultés selon les objectifs suivants:

1. L'obtention d'enregistrements de haute résolution, applicables à tout type d'électrode (fine, patch), à tout type de protocole (current-clamp, voltage-clamp, dynamic-clamp) et à différentes préparations (in vivo, in vitro, patch dendritique).
2. L'obtention de méthodes d'extraction de conductances à partir de réponses individuelles, ainsi que pour sonder les conductances intrinsèques des neurones. Ces méthodes seront appliquées en intracellulaire lors de réponses visuelles chez le chat in vivo.
3. L'obtention de méthodes d'extraction de corrélations à partir du Vm et leur application aux enregistrements intracellulaires in vivo pour mesurer des changements de corrélation dans l'activité afférente.
4. L'obtention de méthodes pour estimer les spike-triggered averages à partir du Vm et estimer les patrons optimaux de conductance liés à la genèse du potentiel d'action in vivo. Ces résultats seront intégrés dans des modèles computationnels pour tester les mécanismes de la sélectivité.

Ces méthodes seront basées sur une rétroaction en temps réel entre un ordinateur et la cellule enregistrée. Cette rétroaction permettra non seulement de perfectionner les techniques existantes, mais aussi d'extraire des informations essentielles a la compréhension des mécanismes de sélectivité des neurones in vivo.
RESUME PROJET – Resultats attendus
Ce projet permettra (1) d'obtenir des avancées techniques dans la précision et la résolution de techniques d'enregistrement courantes, comme le dynamic-clamp ou le voltage-clamp, qui sont actuellement limitées. Nous comptons obtenir des moyens d'enregistrement et injection de conductance a haute-résolution (>= 20 KHz). Cette avancée sera utile pour l'électrophysiologie in vivo et in vitro. (2) Nous obtiendrons des mesures précises des états de haute conductance in vivo et in vitro, et de mieux comprendre ce type d'activité. (3) Le projet nous permettra de mieux comprendre la sélectivité du potentiel d'action dans les neurones corticaux, en mesurant directement les conductances lors de réponses visuelles individuelles ( single-trial ) ou liées aux potentiels d'action. Les mécanismes de la sélectivité des potentiels d'action sont très discutés actuellement, et nous espérons o