Dissertations / Theses: 'Hippocampe (anatomie) – Physiologie'

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Liautard, Camille. "Mécanismes physiopathologiques dans deux modèles murins d'épilepsie liée à la mutation des canaux sodiques 1. 1." Nice, 2012. http://www.theses.fr/2012NICE4080.

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Abstract:

L’épilepsie est caractérisée par la récurrence de crises épileptiques résultant d’une activité neuronale hyper synchrone et excessive. Les canaux sodiques dépendants du potentiel (Nav), en participant à l’initiation et la propagation des potentiels d’action, sont des acteurs essentiels dans l’excitabilité neuronale. A l’heure actuelle, de nombreuses mutations épileptogéniques ont été identifiées au niveau du gène SCN1A codant la sous-unité α des canaux Nav1. 1. Ces canaux seraient particulièrement impliqués dans l’excitabilité des interneurones GABAergiques inhibiteurs du cerveau (Yu et al. , 2006). Au cours de ma thèse, j’ai étudié deux épilepsies génétiques liées à des mutations des canaux Nav1. 1 : le syndrome de Dravet (SD), une épilepsie pharmaco-résistante très grave de l’enfance ; et l’Epilepsie Génétique avec Convulsions Fébriles Plus (EGCF+), une épilepsie présentant un phénotype hétérogène plus modéré. Afin de comprendre les mécanismes physiopathologiques impliqués dans ces épilepsies, nous avons réalisé des enregistrements électrophysiologiques dans des tranches de cerveau. Ces enregistrements ont été réalisés au niveau de différents circuits neuronaux dans deux modèles murins présentant des altérations au niveau du gène SCN1A : les souris invalidées pour ce gène (souris Knock-Out-KO-) mimant le SD et les souris portant la mutation R1648H (souris Knock-In-KI-) mimant l’EGCF+. Nos travaux ont mis en avant une implication particulière de l’hippocampe dans la génération des crises épileptiques chez les souris KO. Cette structure présente une hyperexcitabilité du réseau neuronal entraînée par un défaut de la transmission synaptique liée à la perte de fonction des Nav1. 1. De plus, dans des conditions épileptogènes, une activité spécifique à notre modèle a été mise en évidence. Enfin, l’utilisation in vitro d’antiépileptiques a montré des effets similaires à ceux retrouvés chez les patients. L’ensemble de ces résultats placent ce modèle murin comme un outil de choix dans la recherche sur le SD. Chez la souris KI, nous avons étudié l’activité de la boucle thalamo-corticale, un réseau neuronal qui serait impliqué dans la génération de crises généralisées type absence présentes chez les patients EGCF+. L’hyperexcitabilité neuronale spontanée enregistrée au niveau de la boucle a mis en avant un fort impact de la mutation R1648H. Cette hyperexcitabilité serait corrélée à une altération spécifique de l’excitabilité des neurones inhibiteurs des différentes structures impliquées dans le circuit thalamo-corticale. Cette altération serait alors à l’origine du dysfonctionnement de la transition inhibitrice observée dans la boucle. En conclusion, nos résultats ont permis de caractériser les mécanismes physiopathologiques présents dans des circuits neuronaux qui pourraient être impliqués dans la génération des crises épileptiques. Les modèles murins permettront par la suite le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques et l’étude des troubles cognitifs observés chez les patients présentant un phénotype très sévère
Dravet Syndrome (DS), a very severe pharmaco-resistant epilepsy of infancy, and Genetic Epilepsy with febrile Seizures Plus (GEFS+), presenting a moderate phenotype, are two epilepsies linked to an heterozygous mutation of SCN1A, the gene coding for voltage-dependent sodium channels 1. 1. To better understand the pathogenic mechanisms in these epilepsies, electrophysiological recordings in brain slices from two animal models with altered SCN1A were performed. Our data have shown a specific implication of the hippocampus in the generation of epileptic seizures in mice models of DS. This structure presents a hyperexcitability of the neuronal network due to an inhibitory transmission defect linked to the Nav1. 1 loss of function. In epileptogenic conditions, an activity specific to our model was identified. In GEFS+ mice models, the thalamo-cortical network, implied in the generation of absence seizures observed in patients, was studied. A spontaneous neuronal hyperexcitability in the circuit was detected. This hyperexcitability could be correlated to the specific alteration of the inhibitory neurons present in the different structures of the circuit. This alteration may be responsible for the inhibitory transmission dysfunction observed in the thalamo-cortical network. In conclusion, we have characterized the pathogenic mechanisms present in these neuronal networks. These mice models will be used in the future to develop new therapeutic strategies

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Ledoux, Erwan. "Etude théorique de la dynamique des réseaux de neurones et application aux oscillations physiologiques de l'hippocampe." Paris 6, 2012. http://www.theses.fr/2012PA066234.

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Abstract:

Dans le sysème nerveux central, les réseaux de neurones reçoivent au niveau de leurs entrées un grand nombre de stimulations aux dynamiques très variables, dont les échelles de temps vont de la milliseconde à plusieurs minutes. La réponse du réseau à des entrées variables dans le temps dépend des propriétés cellulaires, mais aussi de la connectivité entre les neurones. La manière dont la connectivité synaptique entre les différentes populations de neurones affecte la dynamique globale du réseau reste encore à être déterminée. Dans ce travail, nous calculons analytiquement la fonction de transfert d'un réseau de neurones. Cette fonction permet de reconstruire la réponse de celui-ci pour n'importe quelle entrée variable dans le temps, en considérant le comportement du système comme approximativement linéaire. Les calculs furent réalisés pour deux classes de modèles : les modèles à taux de décharge et un réseau de neurones Intègre-Et-Décharge en présence de bruit blanc. Dans ce cadre, nous avons pu d'une part étudier comment la connectivité façonne la fonction de transfert. D'autre part, nous avons utilisé ces outils analytiques pour déterminer la connectivité du réseau CA1 dans l'hippocampe permettant de reproduire les différents rythmes physiologiques enregistrés dans ce système.

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Daoudal, Gaël. "Plasticité bidirectionnelle de l'intégration synaptique dans la région CA1 de l'hippocampe." Aix-Marseille 2, 2003. http://www.theses.fr/2003AIX20655.

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Demont-Guignard, Sophie. "Interprétation des évènements inter critiques dans les signaux EEG intra cérébraux : apport des modèles détaillés de réseaux neuronaux." Rennes 1, 2009. http://www.theses.fr/2009REN1S068.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l’analyse d’événements électrophysiologiques particuliers rencontrés dans les signaux intracérébraux acquis chez les patients souffrant d’épilepsie partielle et candidats à la chirurgie. L’objectif est d’identifier certains mécanismes impliqués dans la génération d’événements observés en dehors des crises. Pour ce faire, nous avons développé un modèle, à l’échelle cellulaire, de réseau de neurones incluant cellules principales et interneurones qui permet, à partir de la reconstruction du potentiel de champ, de faire le lien entre les signaux enregistrés sur les électrodes intracérébrales et l’activité du réseau. Les travaux sont focalisés sur le champ CA1 de l’hippocampe, structure très impliquée dans les épilepsies du lobe temporal. Au niveau cellulaire, un modèle de neurone pyramidal à deux compartiments a été développé par comparaison à des enregistrements intracellulaires réels obtenus en conditions normale et pathologique. Au niveau du réseau (plusieurs milliers de neurones), le modèle est capable de simuler des évènements ressemblant à des événements paroxystiques réels
This work deals with the analysis of particular electrophysiological events of intracerebral signals recorded in the pre-surgical evaluation of patients with drug-resistant epilepsy. Our objective was to to explain specific mechanisms involved in the interictal transient events production (epileptic spikes). In order to meet this objective, we have developed a model, at the cellular level, of neuronal network including pyramidal cells and interneurons. This model was able to bridge between recorded signals with intracerebral electrodes and network activity, from the reconstruction of the local field potential (dipole theory). This work is focused on the CA1 subfield of the hippocampus, a structure often involved in temporal lobe epilepsy. At cellular level, a new pyramidal neuron model with two compartments was proposed and validated by comparison with real intracellular recordings, in normal and pathological conditions. At network level (including a large number of cells), the model was able to simulate events that closely resemble actual epileptic spikes

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Djebaili, Myriam. "Etude des phénomènes de mort neuronale induits in-vivo et in-vitro après l'action de l'acide kai͏̈nique ou du N-méthyl-D-aspartate dans l'hippocampe de souris : implication des protéines p53, bax et caspase-3 dans les phénomènes de mort neuronale par apoptose." Montpellier 2, 2001. http://www.theses.fr/2001MON20088.

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Gastrein, Philippe. "Courant H et rythmes 0 dans les structures corticales : un exemple du rôle des courants intrinsèques dans l'organisation temporelle de l'activité de réseau." Aix-Marseille 2, 2007. http://www.theses.fr/2007AIX20665.

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Abstract:

Le courant cationique activé par l’hyperpolarisation (courant H) est impliqué dans l’organisation temporelle de l’activité neuronale. Nous montrons que le courant H améliore la synchronisation et la régularité des oscillations thêta dans l’hippocampe et dans le néocortex in vitro. Il détermine les oscillations thêta par la définition de résonance intrinsèque de membrane, la fidélité de décharge et le couplage entre potentiels postsynaptiques et décharge. Les cinétiques du courant H sont modulées par l’AMPc. Nous montrons que l’augmentation de l’activité synaptique provoque une augmentation de la concentration en AMPc intracellulaire qui pourrait réguler les oscillations de l’activité de réseau. Ces résultats illustrent le rôle clef d’un courant intrinsèque dans l’organisation temporelle de l’activité des neurones en réseau. La modulation des propriétés cinétiques du courant H peut agir comme un régulateur de fréquence
Der durch Hyperpolarisation aktivierte, kationische Einwärtsstrom (H-Strom) ist in die zeitliche Organisation neuronaler Aktivität involviert. Wir zeigen, dass der H-Strom die Synchronisation und die Regelmäßigkeit der Theta-Oszillationen im Hippocampus und im Neocortex in vitro verbessert. Er beeinflußt die Theta-Oszillationen durch die Vorgabe einer intrinsischen elektrischen Resonanz, desweiteren durch die Genauigkeit der Aktionspotentialausl ¨osung sowie durch die Kopplung zwischen den postsynaptischen Potentialen und der Aktionspotentialausl¨osung. Die Kinetik des H-Stromes wird durch cAMP moduliert. Wir zeigen, dass die Steigerung der synaptischen Aktivität eine Steigerung der intrazellulären cAMP-Konzentration verursacht, welche die oszillierende Netzwerkaktivität regulieren könnte. Diese Ergebnisse veranschaulichen die Schlüsselrolle eines intrinsischen Stromes wie der IH in der zeitlichen Organisation einer Netzwerkaktivität von Nervenzellen wie die kortikale Theta-Oszillationen. Unsere Studium läßt uns vorschlagen, dass die Modulation der kinetischen Eigenschaften des H-Stromes hierbei wie ein Frequenzstimmer wirken
The hyperpolarisation-activated current (h-current) is involved in the temporal organisation of neuronal activity. We show that h-current enhances synchronisation and regularity of theta oscillations in the hippocampus and in the neocortex in vitro. It locks theta oscillations via intrinsic resonance and enhanced temporal spiking fidelity. Kinetics of h-current is modulated by cAMP. We show that increased synaptic activity evokes an increase in intracellular cAMP concentration which could regulate network activity oscillations. These results illustrate the key role of an intrinsic current in the temporal organisation of neuronal network activity. The modulation of h-current kinetics can act as a frequency tuner

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Lucas, Morgan. "Sustrats neuronaux des mémoires émotionnelles associées au sevrage des opiacés : analyse des réseaux de l'amygdale et des structures associées." Bordeaux 2, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR21470.

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Abstract:

Dans la dépendance aux opiacés, l'arrêt de la prise de drogue entraîne l'émergence d'un syndrome de sevrage, dont les propriétés aversives peuvent être conditionnées à l'environnement dans lequel il est vécu. D'une manière générale, les stimuli conditionnés associés à la drogue ou à son sevrage sont connus pour influencer les comportements addictifs, via des processus d'apprentissage et de mémoire à long terme. Ces processus impliquent des circuits neuronaux qu'il est nécessaire de caractériser pour mieux comprendre la persistance de cette pathologie. Notre objectif a été par des approches anatomo-fonctionnelles de préciser au niveau de l'amygdale et des structures associées, certains des processus neuronaux sous-tendant les effets conditionnés du sevrage des opiacés chez des animaux dépendants et abstinents. Nous avons utilisé un modèle d'aversion de place conditionnée induite par le sevrage chez le rat morphino-dépendant, permettant l'étude de la mémoire de cet état aversif par la réexposition ultérieure à l'environnement. Nos travaux ont mis en évidence, au cours du conditionnement, des processus de plasticité dans les noyaux de l'amygdale, qui pourraient sous-tendre la formation de la mémoire du sevrage, mais aussi son rappel par la réexposition aux stimuli confitionnés. Nous montrons aussi que la dopamine est impliquée dans ce processus mais, dans l'amygdale, n'est pas nécessaire au conditionnement. Enfin, le rappel de la mémoire du sevrage à long terme chez des rats abstinents, implique des circuits en partie différents de ceux recrutés chez des rats dépendants, suggérant un remodelage des circuits qui sous-tendent cette mémoire en fonction de l'état de dépendance
In opiate addiction, a withdrawal syndrome emerges when stopping drug consumption, and the aversive properties of the withdrawal state can be conditioned to the environment. Indeed, environmental stimuli associated with drug taking or withdrawal are known to influence addictive behaviours, via associative learning and long term memory processes. The processes involved neural networks that must be characterized to better understand the persistence of this pathology. Our work intended to analyze, by using anatomo-functional approaches, the neuronal processes underlying opiate withdrawal conditioning within amygdala nuclei and associated stuctures. For this, we used a conditioned place aversion model induced by opiate withdrawal in morphine-dependent rats that allowed the study of withdrawal aversive state memory by reexposure to the conditioned environment, in both dependent and abstinent rats. During morphine withdrawal conditioning, our data reveal neuronal plasticity processes in the amygdala nuclei which could underlie withdrawal memory formation, but also the retrieval of this memory in dependent rats during reexposure to the conditioned stimuli. We also show a dopaminergic activation in such processes, although it seems not necessary in the amygdala for withdrawal memory formation. Finally, the retrieval aversive memories in abstinent ats involves neuronal networks partly different from those in dependent rats. This suggests an anatomo-functional reorganization of the networks underlying the retrieval memories associated with morphine withdrawal depending on the dependance state

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Renaudineau, Sophie. "Flexibilité fonctionnelle des cellules de lieu et mémoire spatiale : étude des mécanismes d’adaptation et des aspects moléculaires." Aix-Marseille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008AIX11084.

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Abstract:

L’objectif de ce travail a été d’étudier deux aspects de la flexibilité du système des cellules de lieu de l’hippocampe : la réponse adaptative des cellules de lieu à des changements environnementaux, et les aspects moléculaires impliqués dans cette flexibilité. Dans une première étude, nous avons évalué la capacité de ces cellules à maintenir une représentation spatiale stable malgré des changements des repères de l’environnement. Nous avons pour cela produit un conflit en tournant deux types d’indices dans des directions opposées : des indices proches et des indices distants. La majorité des cellules montre une réorganisation de la représentation (remapping), ce qui suggère qu’elles sont contrôlées par la configuration d’ensemble des indices. Moins souvent, les cellules sont contrôlées par les indices proches, et encore moins souvent par les indices distants. En retirant un des ensemble d’indices, nous observons la compétition entre les processus de pattern completion et pattern separation. Dans un deuxième ensemble d’études, nous avons cherché à comprendre l’implication du gène zif268 dans la mémoire spatiale à court terme et à long terme. Ce gène, membre de la famille des facteurs de transcription Egr, jouerait le rôle de « commutateur moléculaire » permettant le remodelage durable des réseaux neuronaux à la base de la formation de traces mnésiques stables, qui a lieu lors des processus de potentialisation à long terme (PLT). Nous avons testé une souche de souris mutantes chez laquelle le gène zif268 (Krox24) est invalidé dans l’ensemble du cerveau. D’abord, nous avons voulu identifier comment ce gène contrôle la stabilité des champs d’activité des cellules de lieu de CA1 hippocampiques. Nos résultats montrent que les souris mutantes zif268 ont des cellules de lieu fonctionnelles, avec des paramètres de décharges comparables aux souris contrôles. Nous avons trouvé que la délétion de ce gène n’interfère pas avec la formation, ni avec le maintien à court terme (1h) d’une nouvelle représentation, mais affecte seulement son maintien à long terme (24h). Zif268 est donc nécessaire pour le maintien à long terme de la représentation spatiale. Ensuite, dans une tâche d’exploration d’objets, nous avons montré que les souris mutantes zif268 présentaient des déficits dans la détection d’un changement spatial, après la réactivation du contexte initial, ce qui suggère un rôle de zif268 dans la re-consolidation. Ensemble, ces résultats indiquent que zif268 est un élément clef de la voie de signalisation moléculaire responsable de la formation de souvenirs à long terme
The objective of this work was to study two hippocampal aspects of the flexibility of the hippocampal place cell system and its contribution to spatial memory: the adaptative response to environmental change and the molecular determinants of synaptic plasticity. In a first study, we investigated the ability of place cells to maintain a stable spatial representation following various manipulations of environmental cues. In particular, we asked how place fields could be controlled by a configuration of a distal and proximal set of cues. To do this, a conflict was produced by rotating the two kinds of cues in opposite direction. The results show a reorganization of the representation (remapping) in a majority of cells suggesting a control by the whole cue configuration. Less often, cells were controlled by proximal cues only, and yet more rarely, by distal cues only. Furthermore, additional tests involving removal of a specific set of cues revealed a competition between pattern completion and pattern separation processes. In a second set of study, we examined the impact of zif268 on short term and long term spatial memory. Zif268 is an immediate early gene of the Egr family, that plays a crucial role in late LTP and in long term memory. First, we tested the hypothesis that place cell long term spatial memory would require activation of Zif268 gene, by recording CA1 place cells in mice lacking the Zif268 gene. Zif268 gene deletion did not prevent formation of the representation of a novel environment and did not affect its stability after a short delay (1 h). Stability of the representation of the novel environment was affected after a long delay (24 h). The results suggest that Zif268 gene is a critical element for expression of long term memory in hippocampal place cells and support the notion that place cell activity requires LTP-like mechanisms to maintain spatial representation. Thus, the absence of Zif268 prevents the normal consolidation process. Second, using an object exploration task, we showed that zif268 mutant mice displayed a deficit in detecting spatial novelty after reactivation of the initial context. This suggests a role of zif268 in re-consolidation processes. Together, these results suggest that zif268 is as a key element of a universal molecular pathway responsible for long term memory formation

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Fiorentino, Hervé. "Rôle de l'activité synaptique dans la maturation fonctionnelle des synapses gabaergiques de l'hippocampe en développement." Aix-Marseille 2, 2009. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2009AIX22071.pdf.

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Abstract:

L'activité neuronale est un facteur essentiel dans le développement des réseaux neuronaux. Dans l'hippocampe, la majorité de l'activité développementale est présente sous la forme de bouffées d'activité synchrone, les GDPs (Giant Depolarizing Potentials), dont la fonction n'est pas clairement établie. J'expose dans ce travail de thèse deux mécanismes distincts liant activité et maturation synaptique. Dans le premier, l'activation endogène des récepteurs GABAB au cours des GDPs entraîne une libération de BDNF (Brain Derived Neurotrophic Factor) qui est nécessaire au développement d'une population de synapses GABAergiques. L'autre décrit le rôle joué par l'activité synaptique glutamatergique spontanée dans une forme de plasticité des synapses GABAergiques, également liée à la libération de BDNF; les GDPs ne sont cependant pas impliqués dans ce phénomène. Ces deux mécanismes décrivent donc des aspects complémentaires de la maturation synaptique fonctionnelle dans l'hippocampe
Neuronal activity is required for the correct development of neuronal networks. In the hippocampus, most of the developmental activity exists as bursts of synchronous activity known as GDPs (Giant Depolarizing Potentials), whose function remains to be determined. I present in my thesis two distinct mechanisms that establish a link between activity and synaptic maturation. I first show that endogenous activation of GABAB receptors during GDPs induces a BDNF (Brain Derived Neurotrophic Factor) release that is necessary for the development of a population of GABAergic synapses. Next, I show that spontaneous glutamatergic activity plays a role in the plasticity of GABAergic synapses, whose induction also required BDNF release; GDPs are not involved in this phenomenon though. Thus, both mechanisms are complementary aspects of the functional synaptic maturation in the developing hippocampus

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Koenig, Julie. "Implication des récepteurs 5-HT1A du septum médian dans la mémoire spatiale chez le rat." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2007. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2007/KOENIG_Julie_2007.pdf.

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Abstract:

Ce travail de thèse vise à caractériser l’implication des récepteurs 5-HT1A du septum médian dans la mémoire spatiale chez le Rat en étudiant les effets d’une instillation intra-septale de 8-OH-DPAT, un agoniste des récepteurs 5-HT1A et 5-HT7, sur les performances de mémoire de référence dans le test de la piscine de Morris. Les déficits de performances induits par la 8-OH-DPAT dans ce test ne sont pas attribuables à une perturbation de l’anxiété, de l’activité locomotrice, des capacités sensorimotrices ou motivationnelles. En revanche, la 8-OH-DPAT perturbe l’encodage des informations spatiales ou leur consolidation dans une fenêtre de temps limitée après l’acquisition. De plus, les déficits induits par la 8-OH-DPAT sont attribuables à l’activation des récepteurs 5-HT1A du septum médian et non pas des récepteurs 5-HT7 et ces déficits n’impliquent pas les neurones cholinergiques septo-hippocampiques chez des rats naïfs, et ne les impliquent que légèrement chez des rats entraînés
This thesis aims at characterizing the implication of 5-HT1A receptors of the medial septum in spatial memory in the Rat. We investigated the effects of an intraseptal infusion of 8-OH-DPAT, a mixed 5HT1A and 5-HT7 receptors agonist, on reference memory performances in the Morris Water Maze. The 8-OH-DPAT-induced deficits in this test cannot be explained by a perturbation of anxiety, locomotor activity, sensorimotor or motivational abilities. However, our results show that 8-OH-DPAT impairs declarative-like information encoding or consolidation within a given postacquisition time window. Moreover, 8-OH-DPAT-induced deficits involve activation of 5-HT1A receptors but not of 5-HT7 receptors by a mechanism to which cholinergic neurons of the medial septum are not essential

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Campanac, Emilie. "Plasticité intrinsèque des neurones de la région CA1 de l'hippocampe de rat." Aix-Marseille 2, 2008. http://www.theses.fr/2008AIX20656.

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Abstract:

Parallèlement à la plasticité synaptique, l’activité neuronale induit des changements d’excitabilité intrinsèque (EI) des neurones et donc des propriétés d’intégration. Dans les neurones pyramidaux CA1 de l’hippocampe, les changements de transmission synaptique et d’intégration suivent les mêmes les règles de plasticité. L’un des mécanismes responsable de cette plasticité de l’intégration met en jeu les conductances voltage dépendantes. Nous avons mis en évidence le rôle du courant Ih dans l’augmentation de l’intégration associée à la LTP. Une augmentation d’EI est également observée dans certains interneurones GABAergiques de CA1 après une HFS, permettant ainsi de maintenir la balance excitation/inhibition. Nos résultats montrent donc qu’en parallèle des modifications de l’efficacité synaptique, des changements d’EI des neurones peuvent participer au processus de stockage de l’information et permettent également de maintenir l’activité neuronale à un niveau physiologique
In parallel to synaptic activity, neuronal activity induces modifications in intrinsic excitability (IE) of neurons and so properties of integration. In CA1 hippocampal pyramidal neurons, changes in synaptic transmission and integration follow the same common learning rule. One of the mechanisms accountable to this plasticity of integration involves voltage-gated ions channels. We have demonstrated the role of the Ih current in the potentiation of integration associated to LTP. An increase in IE is also observed in some GABAergic interneurons after HFS, allowing the maintenance of the excitation/inhibition balance. Our results show that in addition to modification of synaptic efficacy, changes of the neurons IE participate to long-lasting storage processes and probably maintain neuronal activity in a physiological range

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Pouille, Frédéric. "Circuits inhibiteurs élémentaires de l'hippocampe." Strasbourg 1, 2002. http://www.theses.fr/2002STR13106.

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Abstract:

Les circuits d'inhibition feedforward (iFF) et récurrente (iREC) sont parmi les plus simples circuits neuronaux rencontrés dans le système nerveux central. Dans les circuits d'iFF, les neurones de projection inhibent leurs cibles. Dans les circuits d'iREC, ces neurones s'inhibent entre eux. Ces circuits sont disynaptiques car l'inhibition est produite en intercalant un interneurone (IN) entre le neurone de projection et sa cible. La fonction de ces circuits fut initialement étudiée dans la moelle épinière. Leur rôle dans les aires corticales est peu compris. Nous avons étudié les circuits d'iFF et d'iREC in vitro, dans des tranches aigue͏̈s d'hippocampe de rat. Nous avons utilisé la technique du patch-clamp pour enregistrer des cellules pyramidales (CPs) et des INs. Dans l'hippocampe, les CPs projettent sur plusieurs classes d'INs GABAergiques. Certains INs projettent en retour sur les CPs, suggérant qu'ils produisent de l'iREC. D'autres projettent sur les cibles des CPs, suggérant qu'ils produisent de l'iFF. En réalisant des enregistrements simultanés du soma et des dendrites des CPs, nous avons démontré que l'iFF est plus forte sur le soma que sur les dendrites. De plus, nous avons montré que la restriction de l'iFF au soma est nécessaire pour la détection de coi͏̈ncidence précise au soma, tout en permettant aux dendrites de sommer l'activité excitatrice dans une fenêtre de temps plus large. Au contraire de l'iFF qui demeure concentrée sur le soma, l'iREC peut cibler différents compartiments en fonction de la fréquence des potentiels d'action dans les CPs. A basse fréquence, l'iREC est confinée aux compartiments proches du soma; aux hautes fréquences, l'iREC est distribuée aux compartiments plus distants dans les dendrites. Ceci est du au recrutement fréquence-dépendant d'INs distincts projetant sur des domaines des CPs différents. Une seule CP pourrait activer un circuit d'iFF ou d'iREC, et nous discutons les possibles implications fonctionnelles de tels circuits
Elementary inhibitory circuits of the hippocampus: Feed-forward inhibitory (FFi) circuits and recurrent inhibitory (RECi) circuits are among the simplest connectivity pattern ubiquitously found in the central nervous system. In FFi circuits, excitatory projecting neurons provide inhibition to their target. In RECi circuits, excitatory projecting neurons provide inhibition to themselves. These circuits are disynaptic because inhibition is mediated by intercalating an inhibitory interneuron (IN) between the projecting neuron and its targets/themselves. The function of these circuits has been initially addressed in the spinal chord. Their purpose in cortical areas remains poorly understood. We studied FFi and RECi circuits in vitro, using rat hippocampal slices. We used patch-clamp techniques to record from pyramidal cells (PCs) and INs. In the hippocampus PCs project to several morphological classes of GABAergic INs, some of which project back to PCs, suggesting their involvement in RECi while other project to the targets of the PCs, suggesting their involvement in FFi. Through simultaneous somatic and dendritic recordings from PCs, we show that FFi is much stronger in the soma than in the dendrites. Furthermore we demonstrate that the sub-cellular partitioning of FFi is necessary for precise coincidence detection in the soma, while allowing dendrites to sum incoming activity over broader time windows. In contrast to FFi that appears to be confined to the somatic or peri-somatic compartment of PCs, we found that RECi can shift along the somato-dendritic axis depending on the spiking frequency of PCs. At low frequencies RECi is confined to the compartments that are proximal to the soma while at higher frequencies RECi shifts to more distal dendritic compartments. This is due to the selective, frequency-dependent recruitment of distinct GABAergic INs projecting to either proximal or distal compartments of PCs

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Machado, Marie-Laure. "Influence du système vestibulaire dans la stratégie et les performances de mémoire spatiale dans deux modèles rongeurs vestibulo-déficients." Caen, 2013. http://www.theses.fr/2013CAEN3166.

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Abstract:

Le système vestibulaire est l'organe sensoriel de l'équilibre. Il est capable d'encoder les mouvements de la tête, accélération du corps et de la gravité. La fonction du système vestibulaire lui permet de jouer un rôle majeur dans la perception de la verticalité, la navigation, l’orientation spatiale et la mémoire spatiale. Nous avons montré que la perte d'informations vestibulaires diminuée sélectivement les performances de la mémoire spatiale, et ce quels que soient les troubles liés au syndrome vestibulaire. Un modèle de souris KO dépourvues d'otoconies, nous a permis de montrer que le système otolithiques semble jouer un rôle dans la mémoire spatiale. A la suite d’une lésion vestibulaire, les rats vestibulo-lésés adoptent un changement de stratégie mnésique vers une mémoire de type procédurale striato-dépendante. Les récepteurs NMDA sont augmentés dans l'hippocampe après lésion vestibulaire, ce qui suggère que l'hippocampe tente de compenser la perte de signaux vestibulaires. Grâce à des approches comportementales et neurobiologiques, nous avons souligné le rôle crucial du système vestibulaire dans les fonctions cognitives spatiales hippocampo-dépendantes. Nous travaillons actuellement sur le rôle du système otolithique dans le développement moteur et les processus cognitifs chez des souris KO. Nous testons actuellement, grâce à des tests en réalité virtuelle, la stratégie mnésique et la mémoire spatiale chez les sujets aréflexiques bilatéraux
The vestibular system is the sensory organ of balance. It is able to encode head movements, body acceleration and gravity. The function of the vestibular system allows it to play a major role in the perception of verticality, navigation, spatial orientation, and spatial memory. We have shown that the loss of vestibular information selectively decreased spatial memory performance regardless of the disturbances related to the vestibular syndrome. We have shown in a KO mouse model devoid of otoconia that the otolithic system appears to play a role in spatial memory. We have also shown that vestibular-deficient rats adopted a change in striato-dependent procedural memory strategy. NMDA receptors are increased in the hippocampus after vestibular lesion which suggests that the hippocampus may be compensating for the loss of vestibular signals. Through both behavioral and neurobiological approaches we have highlighted the crucial role of the vestibular system in hippocampal-dependent spatial memory. We are currently working on the role of the otolithic system in the motor development of KO mice

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Bétourné, Alexandre. "Etude pharmacologique de la synapse Fibres Moussues / CA3 : rôles de la dynorphine, du zinc et des canaux KATP KIR6.2/SUR1 dans la mémoire contextuelle chez la souris." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/419/.

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Abstract:

Cette thèse analyse l'implication de plusieurs éléments de la synapse Fibres Moussues (FM) / CA3-hippocampique dans la formation de la mémoire contextuelle chez la souris. La région CA3 de l'hippocampe est un véritable réseau auto-associatif qui participe à la création de souvenirs complexes, de type épisodique. Les FM, principales projections des cellules granulaires du gyrus denté sur les neurones du CA3, sont essentielles aux processus d'apprentissages et de mémorisation. Elles sont capables de libérer, en plus du glutamate (leur neurotransmetteur principal), de nombreux neuromodulateurs. 1- Les FM co-libèrent un peptide opioïde, la dynorphine, dont les récepteurs cibles, les récepteurs opioïdes Kappa (KOR), sont localisés sur les terminaisons présynaptiques des fibres. Par des injections pharmacologiques localisées dans la région CA3 d'agonistes et/ou d'antagonistes sélectifs, nous avons montré que l'activation pharmacologique des KOR immédiatement après un apprentissage dans le paradigme de peur conditionnée au contexte (CPC), supprimait la mémoire contextuelle chez la souris. Les KOR sont également une des nombreuses cibles modulées par le zinc vésiculaire, un neurotransmetteur atypique co-localisé avec le glutamate dans des vésicules spécifiques, et libéré par les FM. 2- Les travaux antérieurs de notre laboratoire ont montré que la chélation pharmacologique du zinc hippocampique perturbait l'acquisition et la consolidation de la mémoire contextuelle (Daumas et al. , 2004). Afin de répondre aux problèmes de spécificité posés par les chélateurs du zinc et de clarifier les rôles joués par cet ion, nous avons essayé d'invalider le gène codant le transporteur ZnT3, une protéine internalisant le zinc vésiculaire dans cette région. L'injection intra-tissulaire ou intracérébroventriculaire de siRNAs nus visant l'ARNm de ce transporteur n'a pas eu d'effets sur le comportement et les concentrations hippocampiques en zinc. Nous avons donc commencé à développer un protocole original d'administration des siRNAs: l'électropulsation in situ. 3- Finalement, nous avons étudié l'implication des canaux KATP Kir6. 2/SUR1 de la région CA3 dans la mémoire contextuelle. Ces canaux possèdent un site de liaison spécifique pour le zinc et ils participeraient au contrôle métabolique de la neurosécrétion des FM. .
This work analyses the putative involvement of several actors of the mossy fibers/CA3 synapse in the processing of contextual memory in mice. The CA3 of hippocampus forms a structured autoassociative network thought to process complex learning and episodic-like memories. Mossy fibers (MF), the main excitatory projections from dentate gyrus granule cells to the CA3, are essential for driving the storage of informations. MF terminals contain high amounts of vesicular zinc co-released with glutamate. Zn2+ has been shown to play the role of an atypical neurotransmitter in the hippocampus and might be required for the processing of memory at MF/CA3 synapses. 1- The hippocampus contains high amounts of Dynorphin, an opioid peptide co-released with glutamate from mossy fiber synapses. We performed transient pharmacological modulation of MF presynaptic Kappa opioid receptors (KOR) using bilateral microinjections in the CA3. Single injections of a selective agonist, antagonist or both, were performed immediately after conditioning C57BL/6J mice in a fear conditioning paradigm (FC). The agonist specifically decreased context-induced response suggesting that CA3-KOR are involved in the early consolidation of contextual memory processing. Importantly, among many other targets, KOR are sensitive to zinc modulation. 2- Previous works in our laboratory have shown the involvement of zinc released by MF in contextual memory (Daumas et al. , 2004). In order to improve our knowledge on the role played by MF-Zn2+ in memory, we injected specific naked siRNAs targeting the ZnT3 transporter, a protein internalizing zinc in MF synaptic vesicles. Repeated injections of different siRNAs either in the dentate gyrus or in the lateral ventricles were nearly without effects on mice behaviour in the FC and failed to alter hippocampal zinc levels. Meanwhile, we adapted the well known electropulsation technique in order to introduce nucleic acids in restricted brain areas of adult mice under brief anaesthesia. We will apply this technique for the delivery of anti-ZnT3 siRNAs in future experiments. 3- Finally, we evaluated the involvement of hippocampal ATP-sensitive potassium Kir6. 2/SUR1 channels (KATP) in learning and memory. .

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Epsztein, Jérôme. "Rôle des récepteurs kainate dans la transmission synaptique : une étude dans l'hippocampe de rat contrôle et dans un modèle animal d'épilepsie du lobe temporal." Aix-Marseille 1, 2005. http://www.theses.fr/2005AIX11057.

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Abstract:

Le glutamate est le principal neurotransmetteur excitateur du système nerveux central. Il agit sur trois grands types de récepteurs ionotropiques, les récepteurs AMPA, NMDA et kainate (KARs). Cependant, la participation des KARs à la transmission synaptique excitatrice est peu caractérisée. Nos résultats montrent que, dans des conditions de faible libération de glutamate, la participation des KARs à la transmission synaptique excitatrice est très significative. Un bourgeonnement pathologique des fibres glutamatergiques est observé dans les modèles d'épilepsie du lobe temporal. Ce bourgeonnement crée un circuit récurrent aberrant entre les cellules granulaires de l'hippocampe. Dans une seconde partie de ce travail, nous nous sommes demandés si ce bourgeonnement pouvait modifier la transmission synaptique portée par les KARs. Nos résultats montrent que, contrairement aux cellules granulaires de rats contrôles, la transmission synaptique excitatrice passe par l'activation des KARs dans les cellules granulaires d'animaux épileptiques chroniques. Dans ces cellules, la transmission synaptique portée par les KARs est directement liée au bourgeonnement aberrant des fibres glutamatergiques et est très significative puisqu'elle représente la moitié du courant glutamatergique. En conclusion, ces travaux montrent le rôle important des récepteurs kainate dans la transmission synaptique dans des conditions physiologiques. Nos travaux montrent également que la plasticité post-lésionnelle peut induire une transmission synaptique aberrante portée par l'activation des récepteurs kainate dans un modèle animal d'épilepsie du lobe temporal

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Goutierre, Marie. "Contribution of the potassium / chloride cotransporter KCC2 to hippocampal rhythmopathy." Thesis, Sorbonne université, 2018. http://www.theses.fr/2018SORUS600.

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Abstract:

Dans le système nerveux central, la transmission inhibitrice est principalement assurée par le relargage du neurotransmetteur GABA dans la fente synaptique. La fixation du GABA sur les récepteurs GABAA induit en effet un flux entrant d’ions chlorure, résultant en une hyperpolarisation du neurone. Le maintien d’une faible concentration intraneuronale en chlore est donc essentielle à l’action inhibitrice du GABA. Dans les neurones matures, cette fonction est principalement réalisée grâce à l’activité du transporteur potassium – chlore KCC2 qui exporte en permanence les ions chlorures. Dans de nombreuses pathologies neurologiques, telles que l’épilepsie, le syndrome de Rett ou encore les douleurs neuropathiques, on observe une diminution de l’expression de KCC2. Cela conduit à une élévation du niveau de chlore intraneuronal et à une altération de la transmission GABAergique. Cet effet est supposé être à la base de nombre des symptômes observés dans les pathologies citées précédemment. Cependant, KCC2 est également fortement exprimé à proximité des synapses glutamatergiques. Sa présence influence ainsi l’efficacité de la transmission excitatrice et est nécessaire à l’expression de la potentialisation à long terme des synapses. Ces fonctions inattendues de KCC2 aux synapses excitatrice ne reposent pas sur sa fonction de transport de chlore mais plutôt sur ses interactions avec diverses protéines. Ainsi, le transporteur KCC2 possède de multiple fonctions et régule différemment les transmissions excitatrice et inhibitrice. Prédire l’effet de la perte du transporteur sur l’activité globale d’un réseau neuronal est donc compliqué. Durant ma thèse, j’ai caractérisé les effets de la suppression de KCC2 dans les cellules en grains du gyrus denté sur leurs propriétés cellulaires, synaptiques et sur l’activité du réseau hippocampique. De façon inattendue, j’ai montré que la perte de KCC2 ne s’accompagnait pas de modifications majeures de la transmission inhibitrice. En revanche, j’ai mis en évidence un nouveau mécanisme indépendant du transport de chlore par lequel KCC2 contrôle l’excitabilité des neurones et la rythmogénèse hippocampique à travers son interaction avec le canal potassique Task-3. Mes résultats prédisent que les déficits associés à une perte de KCC2 pourraient être en partie expliqués par cet effet sur l’excitabilité. Ils suggèrent également que Task-3 pourrait constituer une nouvelle cible thérapeutique dans le traitement de ces pathologies
In the CNS, synaptic release of GABA neurotransmitter is mainly responsible for fast inhibitory transmission. This is mediated by chloride flow through GABAARs. Hence, tight control of chloride homeostasis is critical for maintenance of the efficacy of GABAergic transmission. In mature neurons, this is primarily achieved by the activity of the potassium – chloride transporter KCC2 which extrudes chloride from the cells. Expression of KCC2 is compromised in numerous neurological disorders including epilepsy, Rett syndrome or neuropathic pain. Subsequent alterations of GABAergic signaling through accumulation of intraneuronal chloride are thought to underlie many of the pathological symptoms observed in these conditions. However, KCC2 is also highly expressed in the vicinity of glutamatergic synapses where it plays a major role in controling the efficacy of glutamatergic transmission and gates long-term potentiation of excitatory synapses. Remarkably, these functions did not depend on chloride transport but rather on KCC2 interaction with several protein partners. Hence, KCC2 can be classified as a moonlightning protein with multiple functions at excitatory and inhibitory synapses. This complicates predictions of the overall effect of its suppression on a neuronal network. During my PhD, I characterized the effects of KCC2 downregulation in dentate granule cells at the cellular, synaptic and network levels. Unexpectedly, lack of KCC2 did not impact steady-state GABAergic transmission. In contrast, my work shed light on a novel critical role of KCC2 in controling neuronal excitability through its interaction with the leak-potassium channel Task-3. This in turn alters hippocampal rhythmogenesis. My results thus described a novel mechanism through which KCC2 influence neuronal activity indepently of its transport function. They predict that deficits associated with KCC2 downregulation may be at least partly explained by regulation of cell excitability and point to Task-3 as a new potential therapeutic target in the treatment of these pathologies

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Khalaf-Nazzal, Reham. "Caractérisation ultrastructurale, morphologique, et moléculaire des cellules hétérotopiques dans un modèle d'épilepsie hippocampique, chez les souris inactivées pour le gène Dcx." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00831664.

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Abstract:

Des mutations dans le gène doublecortine (DCX) sont responsables de lissencéphalie de type 1 ou d'hétérotopie laminaire sous-corticale. Les souris invalidées pour le gène Dcx sont épileptiques et présentent des anomalies hippocampiques, avec notamment la présence de deux couches de cellules pyramidales spécifiquement dans l'aire CA3 de cette structure. Cette hétérotopie hippocampique est associée à une hyperexcitabilité. Notre but est d'identifier les mécanismes moléculaires et cellulaires responsables de cette hyperexcitabilité chez les souris Dcx. Pendant ma thèse, j'ai pu isoler les neurones mal-positionnés de la région CA3 de l'hippocampe, afin de comparer leurs profils d'expression génique à ceux des neurones de la région CA3 des souris contrôles. Les résultats au stade P0 (jour de la naissance des souris), montrent que les profils d'expression génique de chacune des deux couches hétérotopiques présentes chez les souris Dcx, diffèrent entre eux ainsi qu'en comparaison avec les profils de la couche pyramidale des contrôles. Sur le plan fonctionnel, cette étude indique des perturbations au niveau des organelles intracellulaires, tels que les mitochondries et l'appareil de Golgi. En étudiant séparément les profils associés à chacune des deux couches des souris Dcx, nous avons mis en évidence des différences de degrés de maturité neuronale entre chacune des couches. L'utilisation de marqueurs moléculaires spécifiques aux couches en combinaison avec des expériences d'injections de bromo-désoxy-uridine (BrdU) une inversion des couches neuronales présentes chez les mutants. En complément des données d'expression génique, des analyses morphologiques et ultrastructurales indiquent que les cellules hétérotopiques, présentent des anomalies d'organelles intracellulaires, avec notamment des défauts de mitochondries et des modifications de l'appareil de Golgi. Qui plus est, nos données montrent une augmentation significative de la mort cellulaire dans les régions CA1 et CA3 de l'hippocampe. Aussi, nous avons également montré que les couches hétérotopiques étaient hétérogènes, présentant notamment des distributions anormales des précurseurs d'oligodendrocytes et des interneurones exprimant la somatostatine. Ces résultats ouvrent donc de nouvelles perspectives pour mieux comprendre la physiopathologie de ces maladies graves associées à des hétérotopies neuronales dans le cerveau, de l'épilepsie et des déficits cognitifs

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Bouhsira, Emilie Sautet Jean. "Interaction Zinc-Glutamate dans l'hippocampe dorsal de la souris." [S.l.] : [s.n.], 2007. http://oatao.univ-toulouse.fr/1805/1/debouch_1805.pdf.

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Benmaamar, Ramla. "Role of neuropeptide Y and its receptors in the development of epileptogenesis in mice and rats." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2003. http://www.theses.fr/2003STR13007.

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Giovannini, Francesco. "Modélisation mathématique pour l'étude des oscillations neuronales dans des réseaux de mémoire hippocampiques pendant l'éveil et sous anesthésie générale." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0182/document.

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Abstract:

La mémoire est communément définie comme la capacité de coder, stocker et rappeler les informations que nous avons perçues. Lorsque nous traversons le monde, nous ressentons des stimuli, nous assistons à des événements, nous constatons des faits, nous étudions des concepts et nous acquérons des compétences. Bien que la mémoire soit un comportement humain inné et familier, les mécanismes cérébraux qui nous fournissent de telles facultés sont loin d'être compris. Des études expérimentales ont montré que, lors des tâches de mémoire, certaines structures cérébrales présentent une activité synchrone qui est censée être corrélée avec le maintien à court terme des stimuli saillants. L'objectif de cette thèse est d'utiliser la modélisation mathématique biologiquement inspirée et des simulations d'activité neuronale pour éclairer les mécanismes permettant l'émergence de ces oscillations synchrones liées à la mémoire. Nous nous concentrons en particulier sur l'activité mnémonique de l'hippocampe pendant l'état éveillé, et l'amnésie et la consolidation inattendue de la mémoire sous anesthésie générale. Nous commençons par présenter un modèle détaillé de neurone pyramidal qui se trouve couramment dans les zones CA3 et CA1 de l'hippocampe. Stimulé par une courte impulsion de courant, le neurone produit une activité persistante maintenue pour de longues périodes (> 30s) au-delà du stimulus uniquement par des récepteurs calciques non spécifiques (CAN). Les paramètres du modèle sont dérivés des enregistrements in vitro de neurones hippocampiques réalisés par nos collaborateurs Beate Knauer et Motoharu Yoshida à l'Université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne. Par la suite, nous étudions la dynamique d'une population de ces neurones pyramidaux-CAN interconnectés. Nous supposons que les réseaux de neurones à tir persistant pourraient fournir le mécanisme neuronale pour la maintenance des oscillations hippocampiques mnésiques. Nos résultats montrent que le réseau génère une activité oscillante auto-soutenue dans la fréquence thêta. Lors de la connexion du réseau pyramidal-CAN à des interneurones inhibiteurs, la dynamique du modèle révèle que l'inhibition rétroactive améliore la robustesse des oscillations thêta rapides, en resserrant la synchronisation des neurones pyramidaux. Nous démontrons que, dans le modèle, la fréquence et la puissance spectrale des oscillations sont modulées uniquement par le courant CAN, permettant une large gamme de fréquences d'oscillation dans la bande theta. Il s'agit d'un mécanisme biologiquement plausible pour la maintenance des oscillations thêta synchrones dans l'hippocampe qui vise à étendre les modèles traditionnels d'activité rythmique hippocampique entraînée par le septum. En outre, nous présentons une étude approfondie des effets perturbateurs de l'anesthésie générale sur les oscillations gamma dans l'hippocampe. Nous introduisons un nouveau modèle qui prend en compte les quatre principaux effets de l'agent anesthésique propofol sur les récepteurs GABAA. Nos résultats indiquent que l'inhibition tonique médiée par le propofol contribue à améliorer la synchronisation du réseau dans un réseau d'interneurones de l'hippocampe. Cette synchronisation améliorée pourrait fournir une explication possible pour l'apparition d'une conscience intra-opératoire, d'une formation explicite de la mémoire et même d'une excitation paradoxale sous anesthésie générale, en facilitant la communication entre structures cérébrales qui ne devraient pas être autorisées à le faire lorsqu'elles sont anesthésiées. En conclusion, les résultats décrits dans cette thèse fournissent de nouvelles idées sur les mécanismes sous-jacents de l'activité neuronale mnémonique, à la fois au cours du réveil et de l'anesthésie, en ouvrant des voies convaincantes pour les travaux futurs sur les applications cliniques qui s'attaquent aux maladies de la mémoire neurodégénératives et la surveillance de l'anesthésie
Memory is commonly defined as the ability to encode, store, and recall information we perceived. As we experience the world, we sense stimuli, we witness events, we ascertain facts, we study concepts, and we acquire skills. Although memory is an innate and familiar human behaviour, the interior workings of the brain which provide us with such faculties are far from being fully unravelled. Experimental studies have shown that during memory tasks, certain brain structures exhibit synchronous activity which is thought to be correlated with the short-term maintenance of salient stimuli. The objective of this thesis is to use biologically-inspired mathematical modelling and simulations of neural activity to shed some light on the mechanisms enabling the emergence of these memory-related synchronous oscillations. We focus in particular on hippocampal mnemonic activity during the awake state, and the amnesia and paradoxical memory consolidation occurring under general anaesthesia. We begin by introducing a detailed model of a type of persistent-firing pyramidal neuron commonly found in the CA3 and CA1 areas of the hippocampus. Stimulated with a brief transient current pulse, the neuron displays persistent activity maintained solely by cholinergic calcium-activated non-specific (CAN) receptors, and outlasting the stimulus for long delay periods (> 30s). Our model neuron and its parameters are derived from experimental in-vitro recordings of persistent firing hippocampal neurons carried out by our collaborators Beate Knauer and Motoharu Yoshida at the Ruhr University in Bochum, Germany. Subsequently, we turn our attention to the dynamics of a population of such interconnected pyramidal-CAN neurons. We hypothesise that networks of persistent firing neurons could provide the neural mechanism for the maintenance of memory-related hippocampal oscillations. The firing patterns elicited by this network are in accord with both experimental recordings and modelling studies. In addition, the network displays self-sustained oscillatory activity in the theta frequency. When connecting the pyramidal-CAN network to fast-spiking inhibitory interneurons, the dynamics of the model reveal that feedback inhibition improves the robustness of fast theta oscillations, by tightening the synchronisation of the pyramidal CAN neurons. We demonstrate that, in the model, the frequency and spectral power of the oscillations are modulated solely by the cholinergic mechanisms mediating the intrinsic persistent firing, allowing for a wide range of oscillation rates within the theta band. This is a biologically plausible mechanism for the maintenance of synchronous theta oscillations in the hippocampus which aims at extending the traditional models of septum-driven hippocampal rhythmic activity. In addition, we study the disruptive effects of general anaesthesia on hippocampal gamma-frequency oscillations. We present an in-depth study of the action of anaesthesia on neural oscillations by introducing a new computational model which takes into account the four main effects of the anaesthetic agent propofol GABAergic hippocampal interneurons. Our results indicate that propofol-mediated tonic inhibition contributes to enhancing network synchronisation in a network of hippocampal interneurons. This enhanced synchronisation could provide a possible mechanism supporting the occurrence of intraoperative awareness, explicit memory formation, and even paradoxical excitation under general anaesthesia, by facilitating the communication between brain structures which should supposedly be not allowed to do so when anaesthetised. In conclusion, the findings described within this thesis provide new insights into the mechanisms underlying mnemonic neural activity, both during wake and anaesthesia, opening compelling avenues for future work on clinical applications tackling neurodegenerative memory diseases, and anaesthesia monitoring

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Gouny, Claire. "Propriétés morpho-fonctionnelles des neurones GABAergiques générés tôt dans la région CA1 de l'hippocampe adulte et en développement." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0378/document.

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Abstract:

Les neurones GABAergiques sont une composante majeure des réseaux neuronaux corticaux. Au cours du développement, les neurones GABAergiques pionniers générés aux stades les plus précoces de l’embryogénèse forment une sous-population de neurones « hubs ». Cependant, leurs propriétés et leurs fonctions à l'âge adulte restent inconnus. En combinant différentes techniques, nous montrons que ces neurones pionniers ont également une fonction « hub » dans la région CA1 en développement in vitro et qu’ils maintiennent une forte connectivité fonctionnelle pendant les périodes de veille calme chez la souris adulte in vivo. Ces neurones, peu actifs de façon spontanée chez l’adulte, sont préférentiellement recrutés pendant les activités calciques synchrones souvent associées aux oscillations de type « SWRs ». Ceci est compatible avec leur faible excitabilité intrinsèque, révélée par des enregistrements en courant-imposé. L’étude des connexions synaptiques afférentes des neurones pionniers de CA1 adulte, par optogénétique, révèle un schéma de connectivité remarquable avec des entrées synaptiques GABAergiques issues du septum et la quasi-absence d’entrées thalamiques. Localement, ces neurones reçoivent moins de courants postsynaptiques GABAergiques, témoignant d’une intégration différentielle dans le réseau GABAergique inhibiteur. Enfin, nous montrons qu’une majorité significative de ces neurones pionniers appartiennent à la famille des neurones à projection longue distance. En conclusion, nous montrons que les neurones GABAergiques pionniers sont prédéterminés à occuper une place remarquable dans l’organisation fonctionnelle et structurale de l’hippocampe tout au long de leur vie
The remarkable diversity of cortical GABAergic neurons is rooted, at least in part, in their embryonic origins. Adding to the spatial control of interneuron specification is a temporal schedule that has significant impact on their fate. In the CA3 region of the hippocampus, GABAergic cells born the earliest (ebGABA) form a sparse subpopulation acting as ‘hubs’ during development and surviving until adulthood. However, their properties and function in adulthood remain elusive. Using a combination of techniques, we demonstrate that ebGABA neurons also operate as “hubs” in the developing CA1 region in vitro and that they seem to maintain such remarkable functional connectivity into adulthood as observed during quiet rest in vivo. EbGABA display a lower spontaneous activity rate, as expected from their lower intrinsic excitability and are preferentially recruited during the synchronous calcium events previously shown to be associated with SWRs. EbGABA also display a remarkable synaptic connectivity scheme as they receive long-range GABAergic septal inputs but are almost excluded from thalamic afferents. Locally, they receive fewer spontaneous inhibitory postsynaptic currents, indicating a particular integration into local GABAergic circuits. Moreover, using combinatorial immunohistochemistry, we have shown that a majority of these ebGABA neurons are long-range projection GABAergic neurons. We conclude that, ebGABA cells are predetermined to become exceptional nodes in the functional and structural organization of the hippocampus, throughout their lifetime

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Janác̆ková, Son̆a. "Functional maturation of postnatal hippocampus in rodents : electrophysiological approach." Thesis, Paris 5, 2013. http://www.theses.fr/2013PA05T050.

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Abstract:

Les réseaux neuronaux, pendant leur période de développement, génèrent des patrons d’activité immatures qui sont supposés participer à la formation des circuits neuronaux. Ces activités synchronisées créent des conditions favorables pour la plasticité hebbienne qui soutient la formation des circuits locaux. Les travaux menés notamment sur les systèmes sensoriels ont montré que les circuits pauci-neuronaux locaux sont capables de présenter une activité synchrone tout en étant isolés du reste des structures cérébrales. La moelle épinière isolée produit des bursts qui sont à l’origine des secousses musculaires, la rétine insensible à la lumière génère des ondes d’activité, d’autres régions cérébrales génèrent des activités synchrones avant de remplir la fonction à laquelle ils sont destinés. De manière similaire, l’hippocampe du rat nouveau-né ou primate prématuré in vitro, ainsi que les néocortex immature in vitro, génèrent une activité neuronale synchronisée, appelée giant depolarising potentials (GDPs). En se basant uniquement sur ces études et en prenant en compte la maturation tardive de certaines projections neuronales à distance, il serait tentant de conclure que le cerveau immature fonctionne comme un ensemble de petits modules fonctionnels qui auto-entretiennent leur activité intrinsèque avant de se connecter entre eux pour créer un cerveau fonctionnel adulte. Cependant, certaines connexions à longue distance sont formées très tôt pendant le développement et permettent la propagation des oscillations immatures entre les structures connectées. En effet, les ondes rétinales se propagent au noyau géniculé latéral et ensuite jusqu’au cortex visuel ; les GDPs hippocampiques se propagent à l’hippocampe controlatéral, septum et cortex entorhinal et finalement, les secousses musculaires, en créant un feed-back sensoriel, déclenchent des oscillations gamma immatures ainsi que les spindle bursts dans le réseau thalamo-cortical. Un fonctionnement similaire est décrit chez le nouveau-né prématuré. Il paraît donc plus probable, que le cerveau soit, dès les stades précoces du développement, organisé en sous-systèmes fonctionnels reliés entre eux anatomiquement et fonctionnellement. Au sein des unités fonctionnelles sont générés des patrons d’activité immatures synchrones afin de créer des connexions organisées topographiquement qui serviront de base anatomique de la fonction finale. Si ces étapes développementales sont perturbées pendant les périodes critiques, le système ne pourra pas assurer sa fonction de manière adéquate au stade mature. L’hippocampe mature, ou plus exactement les circuits cortico-hippocampiques, jouant un rôle primordial dans la mémoire déclarative, l’orientation spatiale et l’inhibition du comportement. L’établissement de ces fonctions est progressif au cours du développement. Par exemple les adultes humains n’ont que rarement des souvenirs personnels datant avant l’âge de trois ans. Or, nous savons aujourd'hui que le bébé humain est capable de garder des souvenirs dans la mémoire déclarative (dépendante de l’hippocampe) au cours de la première année de vie avec une efficacité croissante, mais il ne se rappellera pas ces souvenirs à l’âge adulte (Bauer, 2006). Nous ne savons pas s’il s’agit d’un encodage différent d’emblée ou d’un processus secondaire supprimant l’accès à ces souvenirs précoces. Nous pouvons présumer qu’il existe des modifications des activités électrophysiologiques pendant le développement qui soutiennent la modification de ces fonctions. Au cours de ce travail de thèse, nous voulions savoir comment et à partir de quand l’hippocampe, qui reçoit des informations convergentes de nombreuses régions néocorticales, acquiert son mode de fonctionnement adulte. Afin de répondre à cette question nous avons étudié le système cortex entorhinal – hippocampe, le cortex entorhinal étant la principale entrée excitatrice de l’hippocampe et recevant des afférences de nombreuses régions du néocortex. (...)
Neuronal networks spontaneously generate “immature” patterns of activity during development, which are thought to participate on the formation of neural circuits. Local neocortical as well as hippocampal circuits generate synchronised neuronal discharges providing support for Hebbian plasticity. Studies of sensory systems showed that local pauci-neuronal circuits were able to generate synchronous activity while isolated from other brain structures. Isolated spinal cord produces bursts evoking muscle twitching, light insensitive retina generates waves of activity, as well as other brain regions generate synchronous activities before fulfilling the function for which they are intended. Similarly, the hippocampus of newborn rat or premature primate in vitro, as well as immature neocortex in vitro, generates synchronised neuronal activity called giant depolarising potentials (GDPs). Based solely on these studies and taking into account the delayed maturation of certain long-distance neuronal projections, it would be tempting to conclude that the immature brain functions as a set of small functional modules that self-maintain their intrinsic activity before connecting together to create a functional adult brain. However, some long-distance connections are formed very early during development and allow the propagation of oscillations between immature connected structures. Indeed, retinal waves propagate to the lateral geniculate nucleus and then to the visual cortex, hippocampal GDPs propagate to the contralateral hippocampus, septum and entorhinal cortex, and finally, twitching, creating a sensory feedback, triggers immature gamma oscillations and spindle bursts in the thalamo-cortical network. A similar functioning is described in the premature newborn. It therefore seems more likely that the brain is, during the early stages of development, organised into functional subsystems interconnected anatomically and functionally. Within functional units are generated immature patterns of synchronous activity to create topographically organised connections that serve as anatomical basis of the final function. If these developmental stages are disturbed during critical periods, the system cannot perform its function adequately in mature stage. The mature hippocampus, or more precisely the cortico-hippocampal circuits, plays a key role in declarative memory, spatial organisation and behavioural inhibition. The establishment of these functions is progressive during development. For example, human adults rarely have personal memories dating before the age of three years. However, we now know that the human baby is able to keep memories in declarative memory (hippocampus-dependent) during the first year of life with increasing efficiency, but will not remember them in the adulthood. We do not know if the encoding of the memories is different or a secondary process inhibits the access to the early memories. We can assume that changes in electrophysiological activity during development support modification of these functions. In this thesis, we wanted to know how and from when the hippocampus, which receives convergent information from many cortical areas, acquires his adult mode of functioning. To answer this question we studied the entorhinal cortex-hippocampus system, entorhinal cortex being the main excitatory input to the hippocampus and receiving afferents from many parts of the neocortex. We were able to distinguish several periods in the development of the immature hippocampus: Period from P1 till P12 characterised by the sole presence of immature sharp waves triggered by the entorhinal cortex. Period from P13, when two types of sharp waves coexisted: the immature sharp waves and sharp waves as described in the adult animals newly emerged. The mature sharp waves, unlike the immature, can be accompanied by ripples. (...)

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Daumas, Stéphanie. "Analyse pharmacologique du rôle de l'hippocampe dorsal dans le traitement de la mémoire contextuelle : du rôle des afférences sensorielles aux neuromodulateurs des fibres moussues." Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30239.

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La thèse analyse le rôle joué par le réseau autoassociatif CA3 de l’hippocampe dorsal dans les différentes phases de traitement de la mémoire contextuelle chez la souris C57Bl/6J. Les capacités associatives rencontrées au sein de ce réseau CA3 semblant être indispensable à l’établissement d’une mémoire de type relationnelle nécessaire lors de la fabrication d’une représentation unifiée du contexte, nous avons utilisé une approche d’inactivations réversibles dans le but de mieux comprendre le rôle joué par (1) la région CA3 à proprement parler, (2) ses afférences sensorielles, ainsi que deux de ses neuromodulateurs, (3) la dynorphine et (4) le zinc, dans les différentes phases de la mémoire contextuelle, c'est-à-dire l’acquisition, la consolidation et le rappel. En conclusion, le réseau CA3, et en particulier la voie des fibres moussues, semble fortement impliqué dans la fabrication d’une mémoire relationnelle
The thesis focuses on the role played by the autoassociative CA3 network in contextual memory processing in C57Bl/6J mice. The hippocampal CA3 area shows a particular architecture which define it as an autoassociative network where multimodal sensory information could be processed and autoassociative memory formed. These associative capacity of the CA3 area is supposed to be necessary for contextual memory processing. By using a pharmacological approach, allowing reversible inactivations, we demonstrated the prominent roles played by the (1) CA3 subregion, (2) its inputs and two special neuromodulators present in this network, (3) dynorphin and (4) free zinc in the acquisition, consolidation and retrieval phases of a contextual memory. In conclusion, we can argue for a major role played by the CA3 network, and in particular the mossy fiber pathway, in the acquisition and consolidation phases of relational memory processing

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Colavita, Michelangelo. "Dynamics of hippocampal networks revealed by voltage sensitive dye imaging." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0424.

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Abstract:

Dans le but de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau nous devons examiner les domaines structuraux qui le composent, de la simple cellule à des régions entières du cerveau interconnectées. Cependant, bien que le fonctionnement d’une ou plusieurs cellules soit relativement bien connu, il n’y a que peu d’informations concernant les groupements de neurones interagissant fonctionnellement dans une même tâche, les réseaux neuronaux. De plus, l'activité équilibrée et concertée des réseaux excitateurs et inhibiteurs joue un rôle clé pour les intégrations corticales appropriées. Par ailleurs, il existe plusieurs outils afin d’enregistrer l’activité des réseaux excitateurs, ce qui n’est pas le cas pour les réseaux inhibiteurs. L’imagerie du colorant sensible au voltage (VSDI) est une technique permettant l’enregistrement de l’activité neuronale au moyen d’une émission de fluorescence proportionnelle au changement de potentiel de membrane. Par rapport aux autres techniques employant des électrodes, le VSDI permet l’enregistrement non invasif de l’activité de centaines de sites en même temps. Au cours des dernières décennies, le VSDI a été largement utilisé tant in vitro qu’in vivo pour étudier l’activité d’une cellule et des réseaux excitateurs. Néanmoins, en utilisant le VSDI, les recherches quant à l’activité des réseaux excitateurs ont été principalement réalisées par quantification d’émission de fluorescence en définissant des régions d’intérêts à des temps fixes, alors que l’activité inhibitrice n’a été évaluée qu’à l’échelle cellulaire. La première approche ne permet pas l’obtention de toutes les informations de la dynamique de propagation de la transmission glutamatergique du fait qu’elle ne prend en considération ni la vitesse ni la direction de propagation du signal. En revanche, la seconde approche n’offre pas la possibilité d’étudier l’activité du réseau inhibiteur ce qui serait toutefois important de définir du fait de la propagation spatiale extensive des interneurones au sein des aires corticales. Durant mon doctorat, le but de mon travail a été d’étudier en détail les réseaux neuronaux excitateurs et inhibiteurs de l’aire CA1 de l’hippocampe de souris à l’aide du VSDI. Pour les étudier de façon plus compréhensive, en collaboration avec une équipe de mathématicien, nous avons développé un algorithme permettant de mesurer la vitesse et la direction de propagation du signal VSDI, ce qui représente une nouvelle méthode pour analyser le flux optique. Après la validation réussie de l’algorithme avec des données de substitution pour tester sa précision, nous avons analysé deux séries d’expériences dans lesquelles l’activité des réseaux excitateurs a été manipulée soit par augmentation de l’intensité de stimulation passant de 10 à 30 Volts ou en bloquant la transmission GABAergique avec la picrotoxine, un antagoniste du récepteur GABAA. Les résultats de ces manipulations montrent une diminution significative de la vitesse alors que l’application de picrotoxine modifie de façon significative la direction de propagation, ce qui rend le signal de dépolarisation médié par le VSDI moins dispersé par rapport au contrôle. L’utilisation du VSDI a permis l’entière caractérisation des signaux hyperpolarisants médiés par les récepteurs GABAA dans toutes les sous-couches de CA1 (champ IPSP), offrant ainsi une nouvelle façon d’étudier les événements inhibiteurs à l’échelle d’un réseau. De plus, j’ai montré qu’en activant les récepteurs mGluR5, j’étais capable d’augmenter de façon durable le champ IPSP du VSDI, avec la durée et l’ampleur au niveau des sous-couches spécifiques de CA1. Globalement, je présente dans cette thèse de nouvelles méthodes et nouveaux résultats qui peuvent représenter une avancée dans la quête d’une meilleure compréhension des réseaux neuronaux, excitateurs et inhibiteurs, ce qui, espérons-le, pourra contribuer à réduire l’écart de connaissance entre l’activité d’une seule cellule et celle du comportement
In order to better understand brain functioning we need to investigate all the structural domains present in it, from single cell to interconnected entire brain regions. However, while our knowledge in terms of single/few cells functioning is vast, very little is known about neuronal networks, which are interacting collections of neurons functionally related to the same task. Moreover, the balanced and concerted activity of excitatory and inhibitory networks plays a key role for proper cortical computations. However, while exist several tools to record excitatory networks activity, this is not the case for inhibitory networks. Voltage sensitive dye imaging (VSDI) is a technique that allows the recording of neuronal activity by mean of proportional emission of fluorescence according to changes in membrane potential. The advantage of using VSDI over other recording techniques using electrodes is that VSDI allows not invasive recording of neuronal activity from hundreds of sites at the same time. During my doctoral course I aimed at studying in detail excitatory and inhibitory neuronal networks in the CA1 area of mouse hippocampus with VSDI. To study excitatory networks more comprehensively, in collaboration with a team of mathematicians, we developed a mathematical algorithm that allowed measuring the velocity and the direction of spreading of the VSDI signal and it represents a new method to determine an optical flow. After successful validation of the algorithm with surrogate data to test its accuracy, we analysed two set of experiments in which network excitatory activity has been manipulated either by increasing Schaffer’s collaterals stimulation intensity or by blocking GABAergic transmission with the GABAA receptor antagonist picrotoxin in order to increase the depolarization in the CA1 region of the hippocampus. The results of these manipulations significantly decreased signal velocity whereas picrotoxin application significantly modified the direction of spreading, making the depolarization-mediated VSDI signal less dispersed compared to control. Using VSDI I was able to fully characterize GABAA receptor-mediated hyperpolarizing signals in all the CA1 sublayers (field IPSPs), thus providing a new way of monitoring inhibitory events at network level. Moreover, I found that the activation of mGluR5 receptors induced an increase in a long-lasting manner of the VSDI-recorded field IPSPs, with duration and magnitude that relied on the specific CA1 sublayer considered. Overall, my work shows new methodologies and new findings that may represent a step forward in the quest for a better understanding of neuronal networks, both excitatory as well as inhibitory, which hopefully can contribute to reduce the gap of knowledge between single cell activity and behaviour

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Dubanet, Olivier. "Dynamique des interactions entre excitation et inhibition périsomatique dans le circuit hippocampique normal et épileptique in vivo." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0259.

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Abstract:

L'hippocampe est une structure essentielle pour les processus d’apprentissage et la mémoire. Le fonctionnement de ce circuit neuronal repose sur des interactions complexes entre cellules pyramidales glutamatergiques excitatrices et divers types d'interneurones GABAergiques inhibiteurs, dont on connait mal les rôles exacts car il est très difficile d'étudier in vivo la fonction inhibitrice issue d'interneurones spécifiques. L'altération des interactions synaptiques entre cellules pyramidales et interneurones de l'hippocampe est de plus à la base de pathologies neurologiques telle que l'épilepsie, neurodéveloppementales telle que l'autisme, ou neurodégénératives telle que la maladie d'Alzheimer. Parmi les différents types d'interneurones, ceux qui expriment la parvalbumine (PV) et dont l'axone projette sur les corps cellulaires (inhibition périsomatique) des cellules pyramidales ont une organisation anatomique qui les rend particulièrement efficaces pour bloquer la décharge de potentiels d'action chez leurs cellules cibles. C'est la raison pour laquelle on considère qu'ils jouent un rôle particulièrement important non seulement dans le codage de l'information (en contrôlant quelle cellule est en mesure ou non de décharger) mais aussi dans l'équilibre du circuit, pour éviter que l'excitation réciproque entre cellules pyramidales ne dégénère en crise d'épilepsie. L'efficacité de cette inhibition dite périsomatique dépend largement du gradient électrochimique des ions chlorure (Cl-), c'est à dire la combinaison entre le potentiel membranaire et la répartition des ions Cl- entre l'intérieur et l'extérieur du neurone cible. Or, ces paramètres ne cessent de changer au fil de l'activité neuronale, et il a même été démontré que le gradient Cl- pouvait s'inverser, générant un effet paradoxalement excitateur de la transmission GABAergique. Ce phénomène, qui participerait à la mise en place physiologique des circuits neuronaux immatures, est aujourd'hui également considéré comme une source majeure de dérèglement des circuits neuronaux dans diverses pathologies comme l'épilepsie, l'autisme ou la schizophrénie. Il s'agit donc d'un champs de recherche aux implications cliniques directes, et la recherche de drogues permettant de restaurer un gradient Cl- physiologique représente un espoir thérapeutique majeur, mais les données contradictoires de la littérature appellent à la recherche d'une évaluation directe, qui n'a pas été réalisée jusque-là faute de disposer d'une approche technique adéquate. Pendant ma thèse, par des techniques d'électrophysiologie, d’opto- et de pharmaco-génétique, j'ai contribué à la mise au point d'une nouvelle approche méthodologique sophistiquée d'évaluation de la transmission GABAergique périsomatique dans l'hippocampe, à même de respecter la complexité des dynamiques de l'activité neuronale spontanée in vivo. Mon travail de thèse a consisté à étudier le rôle fonctionnel des interneurones parvalbumine (PV) de l'inhibition périsomatique dans le circuit hipocampique adulte, dans les conditions physiologiques et dans deux modèles d'épilepsie chez la souris. J'ai ainsi pu détecter in vivo l'expression d'un GABA excitateur mais qui ne semble pas participer à la génération des crises aigues car exprimé dans la période de silence post-ictale, ni à l'épileptogénèse car exprimé seulement de façon anecdotique une semaine post-status epilepticus, un stade auquel j'ai également observé que la majorité des neurones pyramidaux de CA3 n'étaient plus sous contrôle inhibiteur périsomatique. En plus de contribuer à mieux comprendre l'épileptogénèse, ces travaux pourraient servir de modèle pour l'évaluation de la contribution d'un GABA excitateur à diverses conditions pathologiques, et de l'efficacité réelle de diverses approches visant à moduler le gradient chlore pour restaurer une fonction inhibitrice in vivo
The hippocampus is a key structure for learning and memory. The function of this neuronal circuit is based on complex interactions between excitatory glutamatergic pyramidal cells and various types of inhibitory GABAergic interneurons. The precise roles fullfiled by interneuron subtypes is still unclear because it is challenging to study in vivo the inhibitory function of specific interneurons. Alterations of the synaptic interactions between pyramidal cells and interneurons in the hippocampus also underlie neurological pathologies such as epilepsy, neurodevelopmental diseases such as autism, or neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease. Among the different types of interneurons, those that express parvalbumin (PV) and project to pyramidal cell bodies (perisomatic inhibition) are particularly efficient in blocking action potential generation in their target cells. PV interneurons therefore play a central role in neuronal coding (by controlling which cell can fire or not) but also in the balance between global excitation and inhibition within the circuit, prevention runaway excitation between interconnected pyramidal cells and the generation of epileptic seizure. Functional perisomatic inhibition directly depends on Cl- electrochemical gradient, or the interaction between membrane potential and Cl- distribution across the membrane of the target neuron. However, these parameters change continuously during neuronal activity, and it has been shown that the Cl- gradient can be reversed, resulting in paradoxically excitatory GABAergic transmission. This phenomenon, which contributes to the physiological maturation of neuronal circuits during early development, is also considered as a major source of neuronal circuit dysfunction in various pathologies such as epilepsy, autism or schizophrenia. This field of research is therefore clinically relevant, and the research for drugs restoring a physiological Cl- gradient is very active. However, a direct assessment of the excitatory GABA hypothesis has been hindered by the technical difficulty of probing endogenous GABAergic synaptic function in vivo, and contradictory data in the literature call for a direct evaluation. During my PhD, using electrophysiological, opto- and pharmaco-genetic techniques, I have contributed to develop a new and sophisticated methodological approach to evaluate the perisomatic GABAergic transmission in the hippocampus, respecting the complexity of spontaneous neuronal activity dynamics in vivo. I have studied the functional role of perisomatic inhibition from PV interneurons in the adult hippocampal circuit, in physiological conditions and in two models of epileptic mice in which I was able to detect an excitatory GABAergic transmission in vivo. However, excitatory GABA was unlikely to participate in epileptogenesis because it was expressed only during the period of post-ictal silence after acute seizures, or in a potentially negligible minority of pyramidal cells one week post-status epilepticus during the latent period that precedes the emergence of chronic epilepsy, a stage during which I also demonstrated that the majority of CA3 pyramidal neurons were no longer under perisomatic inhibitory control. In addition to contribute to a better understanding of epileptogenesis, this approach constitutes an invaluable tool to quantify the actual in vivo efficacy of drugs designed to modulate Cl- homeostasis and restore physiological GABAergic inhibition, thereby meeting high clinical and therapeutical expectations

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Trébuchon-Da, Fonseca Agnès. "Organisation anatomo-fonctionnelle du langage dans l'épilepsie temporale." Aix-Marseille 2, 2009. http://www.theses.fr/2009AIX20661.

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Abstract:

Quels sont les corrélats anatomo-fonctionnels sous tendant la compréhension et la production de la parole ? De la perception des indices acoustico-phonétiques à l’accès au sens des mots, quel est le degré de latéralisation des réseaux mis en jeu dans le traitement du langage ? Nous avons tenté de répondre à ces questions au travers du modèle pathologique de l’épilepsie temporale. En effet, dans le cadre du bilan pré-chirurgical de cette pathologie, l’implantation d’électrodes intracérébrales (SEEG) permet, lors de la cartographie fonctionnelle, l’enregistrement in vivo de l’activité corticale lors de processus linguistiques particuliers. Par ailleurs, l’épilepsie temporale en raison de la potentielle désorganisation (critique et/ou inter-critique) de certaines structures impliquées dans la perception et/ou la production du langage, s’avère être un modèle pathologique intéressant. Dans un premier travail, nous avons corrélé le traitement temporel d’indices acousticophonétiques et la latéralisation hémisphérique pour le langage. A partir d’enregistrements de surface, nous avons localisé les générateurs responsables de cette activité au niveau du cortex auditif gauche lorsque les sujets avaient une spécialisation hémisphérique gauche pour le langage. Puis nous avons mis en évidence, grâce à des enregistrements intracérébraux, le traitement parallèle de l’information verbale au niveau de l’hémisphère dominant pour le langage lors de tâches comportant un monitoring de mots ou pseudo-mots. Les processus lexico-sémantiques mettent en jeu préférentiellement la voie ventrale (temporale), les processus phonologiques mettent en jeu la voie dorsale. La région frontale inférieure semble contribuer à ces deux processus. Nous avons précisé le rôle de la région temporale et basale postérieure gauche dans l’accès lexical. L’anomie observée chez les patients dont l’épilepsie concernait l’hémisphère dominant pour le langage serait liée au dysfonctionnement de cette région. Notre dernière étude a confirmé le rôle clef de la région temporo-basale gauche dans l’accès lexical ainsi que sa participation multi-modalitaire au traitement d’un matériel verbal. L’ensemble de ces travaux suggèrent (1) l’existence d’un traitement parallèle des informations lexico-sémantiques du langage parlé après un traitement spécifique des indices acousticophonétiques par le cortex auditif de l’hémisphère dominant pour le langage (2) la participation de la région basale et postérieure temporale à l’accès lexical dans la production, comme dans la perception de la parole.

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Drieu, Céline. "Neurophysiological bases of memory formation and consolidation : contents and dynamics of hippocampal cell assembly sequences in rats." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066486.

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Abstract:

A la fin des années 50, les premières descriptions d'amnésie antérograde chez le patient H.M. ont mis en évidence le rôle crucial de l'hippocampe dans la mémoire. Ces travaux fondateurs ont été étendus grâce à l'enregistrement de l'activité cérébrale chez le rat libre de ses mouvements, avec l'étonnante découverte que les neurones hippocampiques codent la position de l'animal dans l'environnement (« cellules de lieu »). Lorsqu'un rat parcourt une trajectoire, il traverse successivement différents « champs de lieu », et les cellules de lieu correspondantes déchargent les unes après les autres en séquences. De façon surprenante, lorsque la décharge d'une cellule de lieu est observée par rapport au rythme thêta (~8 Hz) présent dans l'hippocampe lorsque le rat explore son environnement, l'ordre dans lequel les cellules déchargent est maintenu à une échelle de temps très rapide (~150 ms), au sein de chaque cycle de l'oscillation thêta. Ces « séquences thêta » reflètent ainsi les positions passée, présente et future de l'animal, ancrant les lieux visités par l'animal dans leur contexte temporel. Pendant le sommeil, les séquences d'activité des cellules hippocampiques sont spontanément réactivées, reproduisant virtuellement la trajectoire du rat lors de son exploration. Ces réactivations ont lieu lors de patterns d'activité transitoires appelés sharp wave-ripples (SPW-Rs). La réintégration répétitive de l'activité séquentielle liée à l'expérience pourrait renforcer les connexions synaptiques entre les cellules. De plus, il a été montré que les SWR-Rs et leurs réactivations associées jouent un rôle causal dans la consolidation de la mémoire. Comment ces réactivations peuvent-elles avoir lieu ? De façon intéressante, pendant l'exploration, les séquences thêta permettent la compression des trajectoires de l'animal à une échelle de temps compatible avec des processus de plasticité. Par conséquent, ces séquences thêta pourraient soutenir l'apprentissage séquentiel pendant l'exploration, et pourraient sous-tendre le codage initial des traces mnésiques. Toutefois, des preuves directes en faveur de ce scénario n'ont pas été fournies
In the late 50's, the first descriptions of anterograde amnesia in patient H.M. have highlighted the crucial role of the hippocampus in memory. These seminal works have been extended with brain electrophysiological recordings in freely moving rats, with the striking discovery that hippocampal neurons code for the location of the animal in the environment (‘place cells'). When a rat runs through a trajectory, it successively crosses multiple ‘place fields', and the corresponding place cells fire one after the other in sequence, in an order corresponding to the trajectory of the rat. Strikingly, when the place cell firing is observed relative to the ongoing theta rhythm (~8 Hz) recorded in the hippocampus when the rats is exploring its environment, the order in which the cells fire is maintained at a much shorter time scale (~150 ms), in each cycle of the theta oscillations. These ‘theta sequences' thus reflects the past, present and future locations of the animal, anchoring locations in their temporal context. During subsequent sleep, the sequences of hippocampal cell activity are spontaneously reactivated, virtually reproducing the trajectory of the rat during its previous exploration. This replay occurs during transient hippocampal activity patterns called sharp wave-ripples (SPW-Rs). Repetitive reinstatement of experience-related sequential activity may strengthen synaptic connections between cells. Moreover, SPW-Rs and their associated replay have been causally linked to memory consolidation. How does such replay occur during sleep? Interestingly, during exploration, theta sequences allowed the temporal compression of the animal’s trajectory at a time-scale compatible with synaptic plasticity processes. Therefore, these theta sequences have been hypothetized to support sequential structure learning during exploration, and might underlie the initial encoding of memory traces. However, direct evidence supporting this scenario remains elusive

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Mayat, Ebrahim. "Rôles des récepteurs métabotropiques du glutamate dans deux formes de plasticité neuronale : développementale et post-lésionnelle." Montpellier 2, 1993. http://www.theses.fr/1993MON20134.

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Abstract:

Le but de cette these etait d'explorer les roles physiologiques potentiels des recepteurs metabotropiques du glutamate (mglurs). Nous avons demontre l'existence d'une correlation systematique entre activite metabotropique et reamenagements synaptiques dans deux modeles de plasticite: le developpement du systeme nerveux et les phenomenes compensatoires survenant apres une lesion cerebrale. L'etude de l'ontogenese postnatale de la formation des phosphates d'inositol dans les synaptoneurosomes (terminaisons synaptiques revesiculees) des differentes regions du systeme nerveux montre que pour le cervelet, le cortex cerebral, l'hippocampe et le striatum il existe des pics d'activite des mglurs. Ces activites accrues des mgmurs peuvent etre temporellement correlees avec les divers stades d'amenagement synaptique survenant dans ces regions pendant le developpement. L'analyse de l'evolution de l'activite des mglurs dans les sections d'hippocampe a la suite de l'induction d'un etat epileptique par injection d'acide kainique revele egalement des augmentations significatives de l'activite des mglurs dans des sections d'hippocampe. La localisation et la pharmacologie distinctes des reponses dans les deux cas de plasticite, developpementale et post-lesionnelle suggerent qu'au moins deux sous-types distincts de mglurs sont impliques dans ces phenomenes

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Aussel, Amélie. "Computational modeling of healthy and epileptic hippocampal oscillations." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0202.

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Abstract:

L'hippocampe peut présenter différents rythmes oscillatoires au cours du cycle veille-sommeil, chacun étant impliqué dans des processus cognitifs. Par exemple, des oscillations thêta-gamma sont produites pendant la veille et sont associés à la navigation spatiale et la mémoire à court terme, tandis que des complexes sharp-wave-ripples, produits durant les périodes de sommeil lent profond, jouent un rôle important dans la consolidation de la mémoire. Des modèles existent pour reproduire chacun de ces rythmes, cependant les mécanismes impliqués dans leur génération et les transitions entre eux ne sont pas encore parfaitement compris. Cette question est d'autant plus importante qu'une altération des rythmes hippocampiques est impliquée dans l'épilepsie du lobe temporal médian phamaco-résistante, une forme courante d'épilepsie qui ne peut pas être contrôlée par les traitements médicamenteux existants. Des modèles ont aussi été développés pour reproduire des crises d'épilepsie ou des pointes intercritiques, mais ces modèles ne parviennent pas à expliquer entièrement les liens entre les conditions neuropathologiques de l'hippocampe, des processus physiologiques comme le cycle veille-sommeil, et les oscillations qui en résultent. Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est d'apporter une meilleure compréhension de diverses oscillations hippocampiques, tant physiologiques que pathologiques. Pour ce faire, nous développons tout d'abord un modèle computationnel de l'hippocampe sain incluant au total plus de trente mille neurones Hodgkin-Huxley, représentés par des dizaines de milliers d'équations différentielles résolues numériquement, et comprenant une estimation du potentiel extracellulaire (LFP) généré par les neurones dipolaires tel que mesuré par une électrode macroscopique afin d'être plus facilement interprété. Nous effectuons ensuite une étude complète de l'activité de notre réseau basée sur des plans d'expérience afin d'étudier le rôle des paramètres intrinsèques du modèle et l'importance de la stimulation en entrée dans la production de différents rythmes couplés. Par la suite, notre modèle est évalué dans un contexte réaliste: l'activité qu'il génère quand il est soumis à des entrées réalistes est comparée avec des enregistrements intracérébraux obtenus sur des patients épileptiques. Nous montrons ainsi que notre modèle est capable de générer des oscillations de veille ou de sommeil similaires aux signaux cliniques sur le plan temporel et fréquentiel. Nous relions les modifications de paramètres du modèle (gains synaptiques et conductances de canaux ioniques) à une modulation cholinergique, et montrons comment les dynamiques des neurones influencent principalement les oscillations basse fréquence, tandis que la connectivité fonctionnelle contrôle les oscillations haute fréquence. Enfin, nous détaillons davantage notre modèle afin d'inclure quatre modifications de l'hippocampe observées dans les cas d'épilepsies du lobe temporal médian, à savoir la sclérose hippocampique, le bourgeonnement des fibres moussues, et une altération des dynamiques potassiques et chloriques (qui se traduisent par des modifications de la connectivité du réseau ou des paramètres des neurones individuels), et montrons comment ces mécanismes peuvent interagir avec le cycle veille-sommeil décrit précédemment pour donner lieu à des synchronisations et rythmes pathologiques. En conclusion, nous proposons dans cette thèse un modèle unique de l'hippocampe regroupant divers mécanismes précédemment décrits dans des travaux séparés, et analysons son activité oscillatoire tandis que nous varions différents paramètres représentant les propriétés structurelles et fonctionnelles du réseau, ainsi que des modifications pathologiques observées en épilepsie. Nos résultats apportent un nouvel éclairage sur les mécanismes impliqués dans la génération des oscillations hippocampiques, qui pourraient ouvrir la voie à de futures applications cliniques
The hippocampus can exhibit different oscillatory rhythms within the sleep-wake cycle, each of them being involved in cognitive processes. For example, theta-nested gamma oscillations, consisting of the coupling of theta and gamma rhythms, are produced during wakefulness and are associated with spatial navigation and working memory tasks, whereas sharp-wave-ripple complexes, consisting of fast oscillatory events occurring during low frequency waves, are produced during slow-wave sleep and quiet waking and play an important role in memory consolidation. Models exist to reproduce and explain the generation of each of these rhythms, yet the mechanisms involved in their generation and the transitions between them are not yet fully understood. This question is all the more important that altered hippocampal rhythms are involved in drug-resistant mesial temporal lobe epilepsy, a common form of epilepsy which cannot be controlled by existing pharmaceutical treatments. Some models have also been previously developed to reproduce epileptic seizures (episodes of excessive neural activity) or interictal discharges (brief peaks of synchronous activity), but these models cannot fully explain the links between neuropathological conditions of the hippocampus, physiological processes such as the sleep-wake cycle, and the resulting oscillations. In this context, the main objective of this thesis is to provide better understanding of various hippocampal oscillations, both physiological and pathological. To do so, we first design a full computational model of the healthy hippocampal formation including the entorhinal cortex, the dentate gyrus and the CA3 and CA1 regions. This model includes more than thirty thousand Hodgkin-Huxley point neurons, represented by tens of thousands differential equations to be solved numerically, as well as an estimation of the extracellular potentials (LFP) generated by the dipolar neurons as measured by a macroscopic electrode, so as to be more easily interpretable. We perform a thorough study of our model's activity based on design of experiments techniques to identify the role of each of its intrinsic parameters and the importance of input stimulation in the production coupled oscillatory outputs. We then evaluate our model in a realistic context : its activity under realistic input stimulation is compared with intracranial recordings obtained in epileptic patients. We demonstrate that our model is able to reproduce both sleep and wakefulness oscillations with temporal and frequential similarities with the clinically measured signals. We link the modification of some parameters of the model (synaptic gains and ion channel conductances) with cholinergic modulation, and show how single neuron dynamics are mostly responsible for the frequency of slow oscillations of our network, while network functional connectivity controls its fast oscillations. Finally, we detail our model further to include four pathological modifications of the hippocampus seen in mesial temporal lobe epilepsies, that is hippocampal sclerosis, mossy fiber sprouting, and impaired potassium and chloride dynamics in pyramidal neurons (which are modeled by changing the network connectivity or the parameters of individual neuron dynamics), and show how these mechanisms can interact with the previously described sleep-wake cycle and lead to pathological synchrony and rhythms such as seizures, interictal spikes and fast ripples. In conclusion, we propose in this thesis a unique model of the hippocampus regrouping many mechanisms previously described in separate works, and analyze its oscillatory activity as we vary different parameters representing either structural or functional properties of the network, as well as pathological modifications observed in epilepsy. Our results provide new insights into the mechanisms underlying the generation of various hippocampal oscillations, which could open the way to future clinical applications

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Champelovier, Dorian. "Développement d'un microscope bi-photon à front d'onde optimisé pour l'imagerie calcique profonde dans le cerveau de souris." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4077/document.

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Abstract:

L'hippocampe, structure cérébrale située dans le lobe temporal, est au coeur de la gestion de nombreuses fonctions cognitives comme l'encodage des informations spatiotemporelles ou encore la mémoire épisodique. A l'heure actuelle, l'hippocampe est étudié via de nombreuses méthodes notamment l'imagerie de fluorescence qui, utilisée sur des animaux éveillés, permet d'accéder au fonctionnement du réseau neuronal. Malgré cela, une sous-région : le gyrus denté a encore un rôle mal élucidé car profondément enfoui dans le cerveau. Son étude permettrait d'apporter de nouveaux éléments sur le fonctionnement de l'hippocampe. De part sa profondeur d’environs 1 mm, son imagerie demeure très difficile. En effet, la diffusion ainsi que les aberrations optiques introduites par les couches successives de matière dégradent fortement la qualité d'imagerie. Pourtant l'optique adaptative, une technique héritée de l'astronomie, pourrait changer cela. En l'intégrant à un microscope bi-photon, il serait possible de compenser les aberrations optiques introduites par le cerveau et ainsi d'arriver à effectuer l'imagerie in vivo du gyrus denté. Durant ma thèse, j'ai donc travaillé à la conception complète tant du point de vue matériel que logiciel d'un microscope bi-photon adapté à l'imagerie in vivo et équipé d'un dispositif de correction de front d'onde. J'ai également développé une méthode d'optimisation prometteuse basée sur l'approche modale de la correction des aberrations optiques couplée à l'utilisation d'une métrique adaptée à l'imagerie non-linéaire en profondeur. Enfin, j'ai pu appliquer cette méthode dans des conditions in vitro et in vivo permettant de montrer son efficacité
The hippocampus, a cortical structure located in the temporal lobe, is at the heart of the management of many cognitive functions such as spatiotemporal information encoding or episodic memory. At present, the hippocampus is studied through many methods including fluorescence imaging, and used on awake animals, allows access for the study of the neural network function. Despite this, a sub-region: the dentate gyrus has still a poorly elucidated role because it is deeply buried in the brain. His study would bring new elements on the hippocampus functioning. Due to its depth of about 1 mm, its imagery remains very difficult. Indeed, scattering as well as optical aberrations introduced by the successive layers of matter strongly degrade the imaging quality. Yet adaptive optics, a technique inherited from astronomy, could change that. By integrating it into a bi-photon microscope, it would be possible to compensate optical aberrations introduced by the brain and thus to achieve the in vivo imaging of the dentate gyrus. During my PhD, I worked on the complete design both in hardware and software of a bi-photon microscope suitable for in vivo imaging and equipped with a wavefront correction device. I also developed a promising optimization method based on the modal approach of optical aberration correction coupled with the use of a metric adapted to nonlinear depth imaging. Finally, I was able to apply this method in in vitro and in vivo conditions to show its effectiveness

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Lopez, Joelle. "Dynamique mnésique du traitement de l'information spatiale chez le rat : approche systémique de la consolidation." Strasbourg, 2009. http://www.theses.fr/2009STRA6146.

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Abstract:

Ce travail de thèse visait à étudier la réorganisation spatio-temporelle des circuits neuronaux impliqués dans la consolidation et la récupération d’un souvenir ancien spatial chez le Rat, et plus particulièrement le rôle de l’hippocampe et du cortex préfrontal médian dans la consolidation systémique. Nos résultats ont tout d’abord montré l’importance de la proéminence des indices distaux dans une tâche de piscine de Morris pour la qualité d’un souvenir. Ceci est d’autant plus crucial que le degré de dégradation d’une trace mnésique ancienne influait le déroulement de certains processus mnésiques tels que l’extinction. Par ailleurs, ces travaux de thèse ont révélé que le degré de dégradation d’une trace mnésique modulait le niveau de participation de l’hippocampe et du cortex cingulaire antérieur lors du rappel d’un souvenir ancien. Enfin, alors que les travaux dans la littérature se sont surtout focalisés sur l’implication des structures néocorticales dans la consolidation systémique, nous avons mis à jour le rôle des noyaux thalamiques intralaminaires/latéraux dans la consolidation et/ou le rappel d’un souvenir ancien de nature spatiale. Dans leur ensemble, ces résultats ne sont pas pleinement en accord avec les théories actuelles sur la consolidation systémique, mais suggèrent que la réorganisation spatio-temporelle d’un souvenir spatial pourrait s’opérer différemment selon les conditions dans lesquelles le souvenir est formé puis rappelé
This thesis aimed at studying the spatio-temporal reorganization of a remote spatial memory in the Rat, and more particularly the roles of the hippocampus and the medial prefrontal cortex in systems consolidation. We first showed, in the Morris water maze, that contextual cue saliency affected the precision and thus the quality of memories. This is important as the degree of trace degradation determined the outcome of extinction of a remote memory. Furthermore, we found that the degree of trace degradation determined the level of participation of the hippocampus and the anterior cingulate cortex during remote memory retrieval. Lastly, whereas most studies in the literature focused on the role of neocortical areas in systems consolidation, we demonstrated that the intralaminar/lateral thalamic nuclei may also participate in systems consolidation and/or retrieval of a remote memory. In conclusion, taken together, these results do not fully corroborate the main theories on systems consolidation. Instead, it seems that the way in which the spatio-temporal reorganization of a memory takes place could depend on the conditions in which memories are formed and subsequently recalled

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Hok, Vincent. "Bases neurales des comportements orientés vers un but : étude des corrélats de l'activité unitaire préfrontale et hippocampique dans une tâche de navigation." Toulouse 3, 2007. http://thesesups.ups-tlse.fr/174/.

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Abstract:

L'hippocampe est aujourd'hui reconnu pour jouer un rôle majeur dans le traitement des informations spatiales. Bien que son rôle ne se limite pas simplement à ce type de traitement, la présence de cellules de lieu, neurones déchargeant lorsque l'animal occupe certaines localisations spatiales, a suscité nombre d'études, visant à déterminer la nature de la représentation spatiale au sein de cette structure. Néanmoins, il n'existe pas de consensus sur l'implication de l'hippocampe dans la genèse des trajets de navigation ou dans le codage des buts spatiaux. D'autre part, du fait de son rôle probable dans les comportements de planification, le cortex préfrontal apparaît comme une structure clé dans la réalisation d'un comportement orienté vers un but. L'objectif des recherches réalisées au cours de cette thèse est donc de tenter de comprendre comment ces deux structures (hippocampe et cortex préfrontal) participent à la genèse des comportements orientés vers un but. Nous montrons, dans une première expérience, que les neurones du cortex préfrontal médian (aires prélimbique et infralimbique) enregistrés chez des animaux réalisant une tâche de navigation, présentent une activité spatio-sélective. Les lieux à forte valeur motivationnelle semblent être particulièrement représentés par cette activité préfrontale. Dans une seconde expérience, nous montrons que les cellules de lieu enregistrées chez des animaux réalisant la tâche de navigation présentent une activité liée au but, en plus de leur activité spatio-sélective classique. Cette décharge est spécifiquement liée à certaines phases temporelles de la tâche. Ce type de signal, en conjonction avec l'activité des neurones préfrontaux, pourrait servir de base à un système de planification de trajet. Dans la dernière partie de cette thèse, nous présentons des données récentes concernant les interactions entre l'hippocampe et le cortex préfrontal, et plus particulièrement les conséquences de l'inactivation du cortex préfrontal sur l'activité hippocampique. .
The hippocampus is well known to play a key role in spatial information processing as shown by the existence of place cells. Such cells are active when the animal occupies particular locations in particular behavioural contexts. However, little evidence has been found in support of the hypothesis that the hippocampus could be involved in the generation of navigation paths and coding of spatial goals. On the other hand, the prefrontal cortex, in line with its role in planning, could be a key structure in the mechanisms involved in goal-directed behaviour. The objective of the research carried out during this thesis is thus to attempt to understand how these two structures (hippocampus and prefrontal cortex) take part in the emergence of goal-directed behaviour. In a first study, we show that prefrontal cortex neurons recorded while the animal performed a goal-oriented navigation task, display spatio-selective activity, especially at locations with a high motivational value. In a second study, we show that hippocampal place cells recorded in animals trained in the same goal navigation task do have a goal firing pattern, i. E. Out-of-field goal related activity, that is time-locked to particular phases of the task. This kind of signal could serve for path planning in combination with prefrontal neurons activity. In the last study, we present recent data that deal with the interactions between these two structures in the same task, looking for particular modulations of hippocampal place cells activity after prefrontal inactivation. .

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Saint, Blanquat Paul de. "Les comportements orientés vers un but : implication de l'hippocampe et du cortex préfrontal chez le rat." Thesis, Aix-Marseille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011AIX10129/document.

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Abstract:

Les comportements orientés vers un but sont complexes et font appel à un grand nombre de processus cérébraux. Le cortex préfrontal médian (mPFC) apparaît comme une structure clef dans la réalisation de ces comportements de par son rôle dans la planification. De plus, il existe au sein du mPFC des cellules signalant les lieux à forte valeur motivationnelle. L’activité de ces neurones pourrait être essentielle à la mise en place d’un comportement spatial dirigé vers un but. S’orienter vers un but nécessite aussi la construction d’une représentation stable de l’environnement, qui repose sur l’activité de l’hippocampe (HPC). Néanmoins, peu de travaux ont analysé le rôle respectif de ces deux structures, et leurs interactions, lors de l’acquisition et de la consolidation d’une stratégie comportementale orientée vers un but. L’objectif des recherches réalisées au cours de ma thèse est donc d’étudier l’implication de l’hippocampe et du cortex préfrontal médian du rat dans ce processus. Notre première étude a montré l’existence d’un codage prospectif au sein des neurones du mPFC durant la réalisation d’une tâche de mémoire de travail.L’activité des neurones signale à la fois, la séquence temporelle comportementale, et l’anticipation de la récompense, et jouerait ainsi un rôle dans les fonctions exécutives. Dans la deuxième étude, nous nous sommes intéressés aux structures cérébrales impliquées dans la mise à jour de la valence du but ainsi que dans sa rétention à long terme. Nos résultats ont montré que l’inactivation de l’hippocampe intermédiaire provoque des déficits dans le traitement à court terme d’un changement de valence. En revanche, l’inactivation du mPFC empêche le stockage à long terme de ce changement. L’activité de ces deux structures serait donc essentielle pour effectuer une mise à jour en temps réel de la valence d’un but et pour sa consolidation en mémoire à long terme. Leur interaction permettrait d’adapter rapidement et de façon durable la stratégie comportementale de l’animal face aux changements de l’environnement
Goal-directed behaviors are complex and involve a variety of cognitive processes. Medial prefrontal cortex (mPFC) plays a key role in behavioral planning. More over, cells in the rat mPFC show specific firing modulations at location with a high motivational value. Such neuronal activity could be essential for the setting up installation of a goal-directed behavior. Further more, navigating to a spatial goal requires the building of a stable presentation of the environment which is hippocampus-dependent. So far however, only few studies have addressed the respective role of these two structures, and their interaction, during the acquisition and the consolidation of a goal directed-behavior. The work conducted during my PhD thesis aimed at studying the role of hippocampus and prefrontal cortex in this process. In a first study,we showed the existence of a prospective coding by mPFC neurons when the rat performs a working memory task. Neuronal activity signals both, the temporal sequence of the behavior, and the prediction of reward. These neurons would play a role inexecutive functions. In a second study, we focused on cerebral structures involved in the updating of the value of a goal as well as in its long-term retention. Our results showed that the inactivation of the intermediate hippocampus causes deficit in the short-term processing of a change in the goal value. On the other hand, the inactivation of the mPFC prevents long-term consolidation of this change. Integrity of this two structures would therefore be essential to perform an on-line updating of the goal value and for its long-term consolidation. Their interaction would be necessary to rapidly adapt, and in a lasting manner, the behavioral strategy of the animal when it faces an environmental change

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Allerborn, Marina. "Recent and remote episodic-like memory : characteristics and circuits : approach via multi-site recordings of oscillatory activity in rat hippocampal and cortical brain regions." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSE1207.

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Abstract:

La mémoire épisodique, notre capacité de se rappeler des épisodes particuliers de notre vie, a été initialement définie chez l'homme en termes de l'information qu'elle contient, quel événement a eu lieu, où et dans quel contexte /quand s'est-il produit? La démonstration de l'existence de cette forme de mémoire chez l'animal a été réalisée chez le geais buissonnier. En effet, cet oiseau cacheur est capable de former une représentation mentale complexe du type de nourriture qu'il a caché, où et quand. Cette forme de mémoire qualifiée d' « episodic-like » a depuis une dizaine d'année été établie chez le rongeur. Au cours de ma thèse, j'ai suivi deux objectifs: valider un nouveau paradigme de mémoire épisodique chez le rat et l'utiliser pour étudier les circuits neuronaux qui sous-tendent cette forme particulière de mémoire. La première partie du manuscrit présente le développement et la validation d'un protocole original destiné à l'étude de la mémoire épisodique chez le rat. Lors de la conception de cette tâche, nous avons essayé de réduire au minimum la procédure d'entrainement des animaux afin de préserver l'essence même de la mémoire épisodique qui est la mémoire d'épisodes uniques. Pendant la tâche les rats ont été exposés à deux épisodes différents, au cours desquels des combinaisons uniques odeurs-place (information « quoi et où ») ont été présentées dans des contextes différents enrichis et multi-sensoriels (information « dans quel contexte »). Nous avons démontré que certains rats («ww») étaient capables de former des associations de mémoire (« episodic-like ») qui leur permettent de se souvenir de l'intégralité de l'épisode présenté après des délais courts (24h) et longs (24 jours) et dans différentes situations de rappel, tandis que d'autres («rest») ne se souvenaient que partiellement des informations présentes lors de l'épisode. Une approche pharmacologique réalisée lors de la validation de la tâche nous a permis de confirmer que l'hippocampe dorsal était nécessaire au rappel épisodique complet. Dans une version étendue du protocole dans laquelle des rats ont été exposés à deux épisodes supplémentaires, nous avons trouvé que l'expérience des épisodes préalablement acquis par les rats facilite l'encodage de nouveaux épisodes et que la mémoire de ces épisodes est plus stable. La deuxième partie de la thèse présente une première approche de l'étude des circuits neuronaux sous tendant la formation et la récupération de la mémoire épisodique. L'approche méthodologique utilisée est l'enregistrement multi-site de potentiels de champs locaux chez l'animal vigile. Le réseau de structures enregistrées inclut les aires sensorielles olfactives, des régions du cortex préfrontal médian et latéral ainsi que les régions dorsales et ventrales de l'hippocampe. Après avoir extrait des signaux le contenu fréquentiel dans deux bandes de fréquences (béta et théta), nous avons analysé les variations de puissance de l'activité oscillatoire dans ces bandes en utilisant des analyses en transformées de Hilbert et ondelette de Morlet. La période d'analyse est centrée sur l'échantillonnage de l'odeur, dernière information traitée avant que l'animal produise sa réponse comportementale. Les changements de puissance dans les deux bandes en réponse à l'odeur ont été comparés dans les différentes situations expérimentales pour les rats «ww» et les rats «rest». Les résultats obtenus montrent que le réseau de structures activées dans la bande béta en réponse à l'odeur est différent en fonction du profil de rappel des animaux (les rats du profil «ww» versus les rats «rest») à la fois en encodage et en situation de rappel. L'activité dans le réseau est également différente en fonction du type de réponse (hit versus rejet correct)
Episodic memory, our capacity to recollect particular life episodes, has been initially defined in terms of the information it contains, what kind of event, where and in which context/when did it take place. Pioneering studies on food-caching birds have demonstrated that animals are also able to form such complex memories, referred to as episodic-like memories in animals, however its modelling in rodents has proved challenging. The aim of this thesis was twofold: further development and validation in rats of a new episodic-like memory paradigm and study of neural circuits involved in formation and retrieval of this particular memory. The first part of the thesis presents the original behavioral paradigm developed in our group. In our task we tried to minimize training procedure in order to preserve the nature of episodic memory which is the memory for unique life episodes. Hereby rats were exposed to two different episodes, during which unique odor-place combinations (“what and where” information) were presented in different enriched multisensory contexts (“in which context” information). We found that some rats (“ww” group) were indeed able to form episodic-like memory associations which can be recalled after short (24 h) and long delays (24 days) in different experimental situations, while other animals (“rest” group) remembered only parts of the information contained in the initial episodes. Using pharmacological inactivation of dorsal hippocampus we have demonstrated that hippocampus is required specifically for retrieval of associated episodic-like memory information, but not for retrieval of single elements of the presented episodes in our task. In an extended version of the protocol in which rats were exposed to two additional episodes we found that previously acquired experience of the rats facilitates the encoding of new episodes and that the memory of these new episodes is more stable. The second part of the manuscript presents the first approach to study neural circuits involved in episodic-like memory encoding and retrieval in our task. Electrophysiological methodology was based on local field potential recordings obtained in parallel in several brain regions in behaving animals. The network of structures investigated included olfactory neocortical brain areas, brain regions in lateral and medial prefrontal cortex and the dorsal and ventral part of the hippocampus. The analysis was based on the estimation of magnitude of the oscillatory activity (described as power changes) in theta and beta frequency bands using Hilbert and Morlet wavelet transform for the analyses. The power analysis evolved around odor sampling event which constituted the last piece of information required for recollection of the whole episodic-like memory association. The odor-induced changes in power were compared between “ww” and “rest” animals in different experimental situations. We found that the network of activated brain regions in beta frequency band differed as a function of the memory profile of the rats (complete episodic-like memory recollection versus remembering partial information of the episodes) during both memory encoding as well as retrieval. We have also demonstrated that this active network changes when memory becomes consolidated (recent versus remote memory). Additionally we have shown that the activity in the network depends on the type of the response (hit versus correct rejection) given by the rat during memory encoding and retrieval. The network of brain regions that showed changes in theta power during memory formation and retrieval differed strongly from beta band network. In contrast to beta, the memory profile effect was much less prominent for theta band. However similarly to beta, there were also significant changes in network depending on the encoding session and the age of memory at test

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Nadjar, Yann. "Susd2 et Susd4 sont deux nouveaux gènes codant pour des protéines avec domaines CCP (Complement Control Protein) jouant un rôle dans plusieurs étapes du développement des circuits neuronaux au sein de cultures d'hippocampe de rat." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066664/document.

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Abstract:

Le développement cérébral est une succession d'étapes aboutissant à l'établissement d'un réseau neuronal. Il fait intervenir de nombreuses molécules comme des protéines d'adhésion permettant l'interaction des neurones avec leur environnement. L'implication de nombreux gènes codant des protéines d'adhésion dans la physiopathologie de maladies neuropsychiatriques comme l'autisme souligne l'intérêt à en identifier de nouveaux. Pendant ma thèse, j'ai pu caractériser deux nouveaux gènes, Susd2 et Susd4, codant des protéines contenant des domaines CCP (Complement Control Protein), classiquement connus pour leur présence dans les protéines participant à la régulation du système du Complément. Récemment, des protéines à domaines CCP ont été décrites chez la souris comme ayant une fonction dans le développement neuronal. L'existence de nombreuses protéines prédites à domaines CCP sans fonction connue m'ont conduit à tenter de caractériser Susd2 et Susd4 qui en font partie.Susd2 est exprimé dans les neurones au sein de cultures de cellules d'hippocampe de rat. Son expression atteint un pic à un stade post natal précoce, suggérant une fonction développementale. La protéine Susd2 recombinante a une localisation neuronale diffuse, mais est particulièrement enrichie dans les synapses excitatrices. La diminution de l'expression de Susd2 a pour conséquences un défaut de croissance axonale, une augmentation de la croissance dendritique, et une inhibition spécifique de la synaptogénèse excitatrice. Susd4 est également exprimé dans les neurones, avec un pic d'expression au stade embryonnaire, et semble jouer un rôle de régulation du développement dendritique
During brain development, several steps precisely coordinated lead to establishment of a functional neuronal network. Many molecules participate to this process, including adhesion proteins mediating interactions between neurons and their environment. Involvement of numerous genes coding for adhesion proteins in neuropsychiatric diseases such as autism argue for usefulness of identifying new ones. During my PhD, I characterized two new genes, Sud2 and Susd4, coding for proteins containing CCP domains (Complement Control Protein), classically described in proteins involved in Complement regulation system. Recently, in mammals, CCP containing proteins were shown to be involved in neuronal development. Identification of several predicted CCP containing proteins without a known function prompted me to characterize Susd2 and Susd4 which are part of them.Susd2 is expressed in neurons from hippocampal cell cultures. Its peak of expression takes place in early post natal period, suggesting a developmental function. Susd2 recombinant protein has a diffuse neuronal localization, but is particularly enriched in excitatory synapses. Decreased expression of Susd2 leads to decreased axonal growth, increased dendritic growth, and specific inhibition of excitatory synaptogenesis. Susd4 is also expressed in neurons, with a peak of expression during embryonic development, and seems to act as a regulator of dendritic growth

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Girardeau, Gabrielle. "Neural bases of memory consolidation in rats : a focus on hippocampal sharp wave-ripples." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066302.

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Abstract:

Pendant le sommeil, l'hippocampe génère des oscillations de haute fréquence (200Hz), appelées “ripples”. La fréquence des ripples est similaire à celle utilisée pour l'induction expérimentale de la LTP, l'une des bases cellulaires de la mémoire. De plus, pendant les ripples, les séquences de cellules de lieu sont réactivées dans le même ordre que pendant l'éveil qui précède. Les ripples constituent donc un mécanisme potentiel de consolidation mnésique. . Dans la première partie de ma thèse, j'ai sélectivement supprimé les ripples par une courte stimulation électrique dans la période de sommeil suivant un apprentissage sur une tâche de mémoire spatiale. Les résultats montrent que ce traitement induit un sévère déficit de performance, établissant pour la première fois le lien causal entre ripples et consolidation mnésique (Girardeau et al. 2009). Le fait que la fréquence d'occurrence des ripples ainsi que le taux de réactivation de cellules de lieu soit augmentés après un apprentissage suggère une régulation des ripples en rapport avec les besoins de consolidation. Dans une deuxième étude, nous avons donc interféré avec la consolidation par le biais de la suppression des ripples. Les résultats montrent que l'interruption des ripples génère une augmentation de leur fréquence d'apparition par rapport aux ripples intactes, mais seulement lorsque l'animal se trouvait précédemment en situation d'apprentissage. Cette différence de fréquence est abolie par le blocage pharmacologique des récepteurs NMDA. Ceci suggère que les ripples sont contrôlées par des processus homéostatique induit par l'activation des récepteurs NMDA lors de l'apprentissage

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Drapeau, Elodie. "Contribution à l'étude de la neuroplasticité hippocampique : relations entre neurogénèse et apprentissage spatial." Bordeaux 2, 2003. http://www.theses.fr/2003BOR21075.

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Abstract:

Dans le gyrus dentelé de la formation hippocampique la neurogénèse persiste tout au long de la vie. En étudiant les interactions réciproques entre cette neurogénèse, les apprentissages hippocampo-dépendants et la mémoire spatiale chez des rats jeunes et vieux nous avons montré que l'apprentissage module de manière complexe la neurogénèse hippocampique. Inversement, chez des rats vieux présentant d'importantes différences interindividuelles, le statut cognitif des rats est prédictif du niveau basal de neurogénèse. Ces différences pourraient être dues à une dérégulation de l'axe corticotrope : l'activité de cet axe est corrélée aux performances spatiales et au niveau de neurogénèse des rats vieux et la suppression à long terme de la corticostérone prévient l'apparition de déficits cognitifs et augmente la neurogénèse des rats devenus vieux. Ces résultats renforcent l'hypothèse d'une implication dans la neurogénèse dans les processus d'apprentissage et de mémoire
Neurogenesis occurs in discrete regions of the adult mammalian brain including the dentate gyrus of the hippocampal formation. We have studied the mutual interactions between this neurogenesis and hippocampal-mediated spatial learning in young adult and aged rats and have shown that distinct phases of learning have different effects on neurogenesis. Conversely, by taking advantage of the existence of interindividual differences in spatial memory abilities observed in a population of aged rats, we shown that the cognitive status of aged rats is predictive of neurogenesis. These differences could be due to a deregulation of the corticotropic axis indeed, long term lowering of corticosterone secretion increases neurogenesis and prevents age-related cognitive impairments. These results renforce the assumption suggesting that neurogenesis is involved in memory processes and open new insights into the mechanisms by which neurogenesis can modulate normal and pathological behaviors

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Blandin, Elise. "Rôle des sous-types cliniques versus un effet cumulatif dans l'explication des anomalies de la mémoire et de l'hippocampe chez le sujet déprimé." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066729/document.

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Abstract:

De par sa localisation anatomique, ses connexions anatomiques et fonctionnelles, l’hippocampe est une structure impliquée dans la mémoire (encodage et stockage de l’information) et dans la régulation des émotions. La prolifération des cellules au niveau du gyrus denté, les nouvelles connexions synaptiques et la modulation de l’efficacité des synapses déjà existantes par la Long Term Potentiantion (LTP) et la Long Term Depression (LTD) participent aux fonctions mnésiques. Le rétro-feedback négatif qu’exerce l’hippocampe sur l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien permet une régulation de la réaction à un stress auquel est soumis l’organisme. La dépression est en outre considérée comme étant un état de stress pour l’organisme.La prolifération de progéniteurs neuronaux, la plasticité neuronale, sont des caractéristiques essentielles du fonctionnement de l’hippocampe. L’effet des traitements antidépresseurs, aussi bien médicamenteux que l’électro-convulsivo-thérapie (ECT) soulignent l’importance de cette caractéristique.Concernant plus particulièrement une forme de dépression dite endogène, la mélancolie, de nombreux facteurs génétiques sont retrouvés comme étant des facteurs de vulnérabilité. Des évènements traumatiques, particulièrement dans l’enfance, sont à l’origine de l’expression de cette vulnérabilité.Des troubles de la mémoire sont retrouvés de manière inconstante en lien avec la dépression. Le caractère répétitif de la dépression, qui est une maladie récurrente, pourrait expliquer que ces troubles mnésiques ne soient retrouvés qu’après plusieurs épisodes dépressifs, il s’agirait d’un caractère cumulatif, quantitatif. Ou bien, les spécificités liées à la mélancolie seraient à l’origine d’une plus grande neuro-toxicité de cette forme de dépression et expliqueraient que les troubles de la mémoire soient liés à ce type d’épisode, de manière cette fois qualitative.Voulant étudier le poids respectif de ces deux hypothèses, l’une impliquant d’étudier des sujets ayant des temps de vie passés en dépression variables et donc des âges variables, et la fonction testée étant la mémoire qui est altérée avec le vieillissement, nous avons tout d’abord étudié l’impact de l’âge. L’âge n’est pas un facteur indépendant pouvant expliquer une moins bonne récupération de la fonction mnésique après un épisode dépressif majeur lorsque sont pris en compte le niveau de performance mnésique de base et les symptômes persistants.L’étude du poids de l’hypothèse qualitative et quantitative a montré que le temps de vie passé en dépression est corrélé à la performance en mémoire déclarative différée et à la taille de l’hippocampe droit, le score de mélancolie ne l’est pas. En revanche temps de vie passé en dépression et score de mélancolie sont corrélés.La dépression apparaît donc être toxique par un mécanisme cumulatif de chaque épisode qui représente un état de stress pour l’organisme avec une hyper activation de l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien et une sécrétion accrue de cortisol. Mais du fait des facteurs de vulnérabilité génétique, qui sont liés au type endogène de dépression, et à la théorie de l’embrasement, des évènements de stress de moins en moins importants précédant un épisode dépressif majeur, ce pourrait être les mêmes sujets qui sont à la fois soumis à des épisodes dépressifs à caractéristique mélancolique et à un trouble dépressif multi-récurrent. Il s’agit cependant d’une corrélation statistique entre temps de vie passé en dépression et atteinte de l’hippocampe, les mécanismes biologiques de causalité expliquant ce constat ne sont pas connus. Seule une partie de la population pourrait être exposée à une vulnérabilité génétique et à un grand nombre d’épisodes dépressifs, ou bien les épisodes dépressifs pourraient prendre une caractéristique mélancolique après un certain nombre de récurrence. Des recherches dans ce domaine sont à développer
Through its cerebral localization, its anatomical and functional connectivity, the hippocampus is involved in memory (coding and storing) and in emotion regulation. Cell proliferation in the dentate gyrus, new synaptic connections and the modulation of the efficiency of existing synaptic connections by the Long Term Potentiation and Long Term Depression, participate in memory function. Negative retro feedback that the hippocampus has on the hypothalamic-pituitary-adrenal axis allows a regulation of the reaction of the organism to stress it undergoes. Depression can in fact be considered as a state of stress for the organism.Neuron progenitor proliferation and neuronal plasticity are essential characteristics of the hippocampus ‘functioning. The effect of antidepressant therapeutics, medicinal ones as well as electro convulsive therapy, underlies the importance of this characteristic.Concerning more precisely an endogenous subtype of depression, melancholia, numerous genetic factors have been found as being vulnerability factors. Traumatic events, especially during childhood, are at the origin of the expression of this vulnerability.Memory impairments are found inconstantly in relation to depression. The repetitive character of depression, which is pathology with a high rate of recurrence, could explain that these impairments are only found after several depressive episodes. This is a cumulative or quantitative hypothesis. Or, specificities linked to melancholia could make this subtype more neurotoxic and could explain that memory impairments would be linked to melancholia. This is a qualitative hypothesis.Willing to explore the influence of each of these hypotheses, but one of them requiring studying subjects with different lifetimes being depressed and different ages, we first studied the impact of age on memory impairment. Age is not an independent factor explaining worse memory recovery after a depressive episode once remaining symptoms and memory at baseline are controlled for.Studying the respective influence of the quantitative hypothesis and the qualitative hypothesis we found that the lifetime being depressed is correlated to delayed verbal memory impairment and size of the right hippocampus, whereas the score at scale of melancholia is not. However, lifetime being depressed and the rate of melancholia are correlated.Depression appears to be neurotoxic through a cumulative mechanism, each depressive episode being a stress for the organism with a hyper activation of the hypothalamic-pituitary-adrenal axis and a hyper secretion of cortisol. But taking into account the genetic vulnerability factors, which are linked to endogenous subtype of depression, and the kindling hypothesis with smaller and smaller stressful life events preceding a depressive episode, it could be the same subjects that both have depressive episodes with melancholic characteristics and depression with a high rate of recurrence. This is only a statistic correlation between lifetime being depressed and hippocampal atrophy, biological mechanisms explaining causality for this correlation are not yet known. Only a part of the subjects could be exposed to genetic vulnerability and high recurrence of the depressive episodes or depressive episodes could become melancholic after several recurrences. Further research on this topic is needed. Moreover, looking at the high cost of depression and the high influence of life conditions during childhood, maternal care and traumas, special attention must be payed to them

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Takillah, Samir. "Investigation électrophysiologique de la boucle méso-cortico-limbique dans des contextes de stress et d'incertitude." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066412/document.

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Abstract:

On constate un regain d’intérêt pour l’étude des potentiels de champs extracellulaires (EFP). Trois principaux rôles fonctionnels des oscillations enregistrées dans le système nerveux ont été proposés : i) le codage d’informations spécifiques ii) la modulation des états attentionnels du cerveau, mais aussi iii) la création d’assemblées dynamiques. Je me suis intéressé aux EFP enregistrés dans les régions du néocortex, de l’hippocampe et de la VTA dans deux cadres expérimentaux dits “contrôlés” - afin de déceler des “motifs” oscillatoires spécifiques dans les mécanismes de mémorisations d’une situation stressante d’une part et dans les prises de décision sous incertitude d’autre part. Nous avons dans un premier temps enregistré et analysé l’activité dans les circuits dopaminergiques de la VTA, le PFC et l’OFC dans un paradigme permettant d’analyser le comportement de souris dans un cadre de prise de décision sous incertitude. Nous avons pu montrer dans un premier temps, que les circuits PFC, OFC et la VTA montrent des séquences d’activations et de synchronisations spécifiques selon le choix de l’individu, en condition incertaine. Dans un second temps, je me suis intéressé à mesurer, chez l’animal éveillé, les effets que pouvait engendrer une situation stressante sur le PFC et l’HPC en fonction de l’âge. Nos résultats mettent en évidence que les principaux effets mesurables aux niveaux des spectres de puissances s’expliquent par l’apparition d’activités électriques de fortes amplitudes dans la gamme (7-12 Hz), dont l’apparition varie en fonction de l’âge et du contexte (repos, stress)
Currently, there is a renewed interest in studying extracellular field potentials (EFP). This signal and the oscillations associated with it are the basis of many studies on the mechanisms underlying cognitive processes in cortical networks. Three key functional roles of oscillations recorded in the nervous system have been proposed: i) encoding specific information ii) modulation of attentional states of the brain, but also iii) creating dynamic assemblies. Although the interest for EFP continues to grow, the interpretation of these signals are sparse. During my prject I focused on the interpretation of EFP patterns under stress and uncertainty and specifically studied neocortex, hippocampus (HPC) and the ventral tegmental area (VTA) signals in these two experimental settings.Firstly, we recorded and analyzed the activity in the dopaminergic circuits including the VTA, PFC (prefrontal cortex) and OFC (orbitofrontal cortex) in a probabilistic decision-making paradigm for mice. We demonstrated that the PFC, OFC and VTA circuit shows specific time-dependent activation sequences depending on the anticipated choice per trial. Secondly, I was interested to measure, in awake animals, the effects caused by a stressful situation at different ages on the PFC and HPC signals. Our results demonstrate major effects at the level of the power spectral analysis. We identified that particularly high amplitudes in the range (7-12 Hz) vary according age and context (rest, stress)

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Zinebi, Fatiha. "Mécanismes amino-acidergiques cellulaires impliqués dans l'hyperexcitabilité du système nerveux central de mammifère sous haute pression d'hélium : étude électrophysiologique in vitro des transferts synaptiques et électrotoniques dans l'Hippocampe de rat." Aix-Marseille 1, 1988. http://www.theses.fr/1988AIX11141.

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Manganaro, Alessia. "Functional differentiation along the dorso-ventral axis of the hippocampus." Thesis, University of Oxford, 2013. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:a7b47ea6-d9f4-4999-a0be-12980ea81d90.

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Abstract:

The hippocampus plays an important role in the processing of spatial memory. During exploration, theta oscillations (4-12 Hz) are prominent in the hippocampus, whereas during sleep and rest irregular sharp wave/ripple (SWR) events occur spontaneously in the hippocampus and may support memory consolidation. To date, the ventral sub-region of the rodents hippocampus, has received less attention relative to the more accessible dorsal part. It has been suggested that spatial information decreases along the septo-temporal axis in favour of coding salient features and coordinated oscillatory activity might enable the binding of spatial and nonspatial information. The first goal of my research was to investigate how the spatial representation by dorsal and ventral neurons is organised by theta oscillations in the hippocampal network. The second goal was to investigate the role of the ventral hippocampus in spatial learning. Finally, the third goal examined to what extent the firing relationships established during spatial learning are replayed during subsequent sleep in the ventral CA1. I recorded the network activity of dorsal and ventral CA1 in rats performing a spatial memory task on the cheese board maze (Dupret et al., 2010). By using parallel multi-channel extracellular recordings in the dorsal and ventral portions of the hippocampus in behaving rats, I found that dorsal and ventral CA1 were theta coupled at particular times of the spatial learning. High coherence periods across the two regions were characterized by a strong speed-modulation of ventral theta oscillations, which was absent in other conditions. During sleep, it was found that SWR-related activity was presented in the ventral hippocampus as well, when the coordinated population activity established in spatial learning was reactivated within the two sub-regions. By contrast, reactivation across the two regions was observed outside the SWRs epochs. Overall, the data suggests that the ventral hippocampus might be involved in the processing of salient features of the environment such as rewards. On a temporal scale, this non-spatial information might be integrated to the spatial information provided by the dorsal hippocampus during theta oscillation. During sleep/rest periods, the coordinated communication of learned information might underlie the consolidation of memory traces.

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Tukker, Jan Johan. "Determinants of neuronal firing patterns in the hippocampus." Thesis, University of Oxford, 2009. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:0c0c8f92-e146-4e2a-b7f3-6d27a9b12387.

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Abstract:

The activity of networks subserving memory and learning in the hippocampus is under the control of GABAergic interneurons. In order to test the contribution of distinct cell types, I have recorded extracellularly, labelled, and identified different types of interneuron in area CA3 of the hippocampus, a region implicated in the generation of gamma and theta oscillations, and the initiation of sharp-waves. I present here a detailed analysis of the spike timing of parvalbumin-positive (PV) basket and physiologically identified pyramidal cells in area CA3, relative to various network states recorded in area CA3 and CA1 simultaneously. Additionally, I have shown by detailed analysis that five classes of previously recorded and identified CA1 interneuron fired with cell type specific firing patterns relative to local gamma oscillations. In CA3, PV basket cells fired phase locked to theta and gamma oscillations recorded in CA1 as well as in CA3, and increased their firing rates during CA1 sharp-waves. Pyramidal cells in CA3 were also phase-locked, but fired at phases different from basket cells. During theta oscillations, CA3 pyramidal and PV basket cells were phase locked to both CA1 and CA3 theta equally, suggesting a wide coherence of these oscillations; in contrast, cells fired more strongly phase-locked to gamma oscillations in CA3 than in CA1, suggesting a specific role for CA3 in the generation of this rhythm. In contrast to theta and gamma oscillations, CA3 basket cells were phase-locked to ripples in area CA3 but not in CA1. Overall, my results show that the spike timing of several types of interneuron in CA1, and PV basket cells in CA3, is correlated in a cell- and area-specific manner with the generation of particular states of synchronous activity.

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Gutwein, Amanda Brooke. "Characterization of Stimulation-induced Volume Changes in the Ca1Region of Rat Hippocampus Slices." Wright State University / OhioLINK, 2013. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=wright1369704794.

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Jourquin, Jérôme. "Système MMP/ TIMP et implication des gélatinases et de TIMP-1 dans la mort neuronale et la plasticité réactive suite à des lésions excitotoxiques dans l'hippocampe." Aix-Marseille 2, 2003. http://www.theses.fr/2003AIX20664.

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Abstract:

Les métalloprotéases matricielles (MMPs) sont impliquées dans l'homéostasie des tissus et sont contrôlées par les " tissue inhibitors of metalloproteases " (TIMPs). Une rupture de la balance MMP/TIMP semble impliquée dans la mort et la plasticité neuronales. Après kai͏̈nate : l'augmentation de l'activité gélatinolytique est séquentielle et dépend du type cellulaire ; augmentation neuronale de l'activité gélatinolytique dépend de l'activité neuronale ; l'inhibition générale des MMPs, ou de MMP-9, protège de l'excitotoxicité ; la MMP-9 induit une mort cellulaire dans l'hippocampe ; chez les souris KO TIMP-1 : pas de différence phénotypique évidente ; hyper-résistance à la mort neuronale ; bourgeonnement axonal nettement réduit, Les souris KO TIMP-1 ont un défaut d'apprentissage alors que les souris surexprimant TIMP-1 ont un apprentissage amélioré
Matrix metalloproteinases (MMPs) are involved in tissue homeostasis and are controlled by the tissue inhibitors of metalloproteinases (TIMPs). An imbalance in the MMP/TIMP system seems to be involved in neuronal death and plasticity. After kai͏̈nate : sequential and cell-type dependent increase of gelatinolytic activity ; neuronal increase of gelatinolytic activity is neuronal-activity dependent ; broad inhibition of MMPs, or of MMP-9, protects against excitotoxicity ; MMP-9 induces cell death in the hippocampus ; the TIMP-1 KO mice : no gross phenotypic difference ; hyper-resistance to neuronal death ; reduced axonal sprouting,The TIMP-1 KO mice present an impaired learning and the TIMP-1 overexpressing mice present an improved learning

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Shipton, Olivia Ashley. "Asymmetry of hippocampal function in mice : left-right differences in memory processing and vulnerability to amyloid beta." Thesis, University of Oxford, 2014. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:972d7dbf-fcf1-4f84-9a84-406418dbc7fb.

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Abstract:

Amyloid beta (ABeta) and tau protein are both implicated in memory impairment in early Alzheimer’s disease, but whether and how they interact to cause synaptic dysfunction are unknown. Consequently, I firstly investigated whether tau protein is required for the robust phenomenon of ABeta-induced impairment of hippocampal long-term potentiation (LTP), a widely accepted cellular model of memory. I demonstrate that the absence of tau prevents the ABeta-induced impairment of LTP; moreover, a specific inhibitor of the tau kinase glycogen synthase kinase 3 blocks both an ABeta-induced increase in tau phosphorylation and the ABeta-induced LTP impairment. Thus, tau protein, likely in its phosphorylated form, is required for ABeta to impair LTP. Secondly, I investigated the underlying mechanisms for this ABeta-induced impairment and find that ABeta changes the balance between the two major types of glutamate receptors involved in plasticity processes, with a specific effect on GluN2B subunit-containing NMDA receptors. Since the distribution of these receptors is asymmetric between the left and right mouse hippocampus, I accessed these different types of synapses optogenetically and found that only the GluN2B-rich synapses receiving left CA3 input show ABeta-induced changes in the balance of glutamate receptors, suggesting an asymmetry in synaptic vulnerability to ABeta. Moreover, there was a left-right difference in tetanus-induced LTP and therefore, thirdly, I investigated whether mice have a hemispheric dissociation in memory processing using acute optogenetic silencing of left or right CA3 during hippocampus-dependent memory tasks. Unilateral silencing of either the left or the right CA3 caused a deficit in short-term memory, but only left CA3 silencing impaired performance on a spatial long-term memory task. Together, these results suggest that memory may be routed via distinct left-right pathways within the mouse hippocampus, and that neural pathways subserving distinct functions may also be differentially vulnerable to pathological changes at the synaptic level.

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Dupret, David. "Etude des relations réciproques entre neurogénèse adulte et fonctions hippocampiques." Bordeaux 2, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR21431.

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Abstract:

Le gyrus dentelé (GD) de la formation hippocampique (FH) est l'une des régions cérébrales capables à l"âge adulte, de produire de nouveaux neurones. A ce jour, le rôle de cette "neurogénèse adulte" reste cependant méconnu. Le travail de cette thèse porte sur l'étude des relations réciproques entre cette neurogénèse et les fonctions dépendants de la FH. Les objectifs menés sont de : 1) déterminer s'il existe une relation de causalité entre les néo-neurones et les fonctions hippocampiques et, 2) disséquer l'influence de l'apprentissage spatial sur la neurogénèse. Tout d'abord, nous avons développé une approche de double transgénèse permettant de bloquer in vivo la neurogénèse. Cette approche a permis de montrer qu'une déplétion de néo-neurones provoque des déficits de mémoire spatiale relationnelle et augmente l'expression anormale des réponses de type anxiété. Ces résultats sont discutés dans le cadre d'une implication potentielle des néo-neurones dans le traitement des informations parvenant à la FH. Ensuite, nous avons montré que, réciproquement, l'apprentissage spatial sélectionne dans la population des neurones immatures ceux qui survivent et ceux qui périclitent par apoptose. Cette sélection bidirectionnelle des néo-neurones est un événement plastique de type régressif essentiel puisque le blocage de cette mort neuronale détériore les performances d'apprentissage. Ces résultats sont discutés dans le cadre du rôle possible de la stabilisation sélective des néo-neurones. Dans l'ensemble, ce travail de thèse monttre que la neurogénèse adulte est un exemple unique de plastcité structurale impliqué dans les comportements dépendants de la FH
The dentate gyrus (DG) of the hippocampal formation (HF) is one of the few regions where an ongoing neurogenesis persists throughout adulthood. So far, the functional implication of hippocampal newborn neurons remains misunderstood. My work aimed to examine the reciprocical relationship adult neurogenesis and hippocampal functions. In particular I examined : 1) the causal relationship between adult neurogenesis and both the physiology and pathophysiology of hippocampal functions and, 2) whether hippocampo-dependent spatial learning influences the different steps of neurogenesis. First, we developed an original transgenic approach allowing specific ablation of adult hippocampal precursors cells. We found that depleted adult neurogenesis impairs spatial relational memory and increases anxiety-like responses. We discussed the putative implication of hippocampal newborn neurons in information processing. Second, we found that adult neurogenesis is regulated by spatial learning. Indeed, learning in the water maze modulates the fate of new neurones by selecting them for either survival or death depending on their level of integration when performances are stabilized. More precisely, apoptotic removal of young newborn neurones is required for both the survival of older ones and the stabilization of spatial performances. Such a learning-dependent regulation of adult neurogenesis is discussed in the context of selective stabilisation. Overall, my work shows that adult neurogenesis is a unique example of structural plasticity involved in both the physiology and pathophysiology of hippocampal functions

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Thomas, Adam G. "Brain plasticity and aerobic fitness." Thesis, University of Oxford, 2014. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:c941d5b2-4b37-420a-be3f-d71e753fc8d6.

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Abstract:

Regular aerobic exercise has a wide range of positive effects on health and cognition. Exercise has been demonstrated to provide a particularly powerful and replicable method of triggering a wide range of structural changes within both human and animal brains. However, the details and mechanisms of these changes remain poorly understood. This thesis undertakes a comprehensive examination of the relationship between brain plasticity and aerobic exercise. A large, longitudinal experiment was conducted in which healthy but sedentary participants were scanned before and after six-weeks of monitored aerobic exercise. Increases in the volume of the anterior hippocampus were observed, as previously reported in an older cohort after a longer exercise intervention. Multimodal imaging methods allowed an in-depth exploration of the mechanisms underlying this volume change, which proved to be dominated by white matter changes rather than the vascular changes that have been previously reported. A surprising global change in the balance of CSF, blood, and brain tissue within the cranial cavity was also observed. Cross-sectional differences in memory and brain structure associated with fitness were also observed. The volume of the anterior hippocampus was shown to correlate with a measure of working memory. Higher cerebral blood volume throughout the brain was found to correlate with greater fitness and better working memory. Focal associations between fitness and magnetic susceptibility, a measure of iron content, were also observed in the basal ganglia. These findings demonstrate that aerobic fitness is associated with improved cognition and brain structure throughout the lifespan rather than simply acting to mitigate age related brain atrophy or accelerate brain development. Finally, a new pipeline was developed for analysing hippocampal morphometry using high-resolution, 7 Tesla scans. Striking variability in the convolution of the hippocampal surface is reported. This technique shows promise for imaging the precise nature of the change in hippocampal volume associated with aerobic exercise. This thesis adds to the evidence that aerobic exercise is a potent catalyst for behavioural and brain plasticity while also demonstrating that the mechanisms for those plastic changes are likely different than previously supposed. Future work will refine these measurement techniques, perhaps to a point where brain changes can be monitored on a single subject level. This work will provide an important tool to understand how best to utilize aerobic exercise to facilitate adaptive behavioural changes, mitigate the negative effects of ageing and disease on the brain, and maximize the benefits of active lifestyles.

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Verhaeghe, Rémy. "Role of early-life stress and metabotropic glutamate receptors in the developmental trajectory of the central nervous system." Thesis, Lille 1, 2020. http://www.theses.fr/2020LIL1S104.

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Abstract:

Les événements stressants survenant au cours de la vie périnatale programment l'émergence de maladies au cours de la vie. En utilisant le modèle de rat de stress périnatal, nous avons étudié les effets à long terme du stress périnatal (PRS) sur la synapse glutamatergique chez les mâles et les femelles. Remarquablement, nous avons démontré que la programmation à long terme du PRS est strictement dépendante du sexe et induit une démasculinisation de la synapse glutamatergique alors que les femelles PRS âgés étaient protégées. Parce que les fonctions motrices diminuent au cours du vieillissement, nous avons approfondi les effets à long terme du PRS sur les ganglions de la base, un groupe de noyaux sous-corticaux impliqués dans les fonctions motrices. Nous avons pu démontrer que les programmes périnatals un vieillissement accéléré du système moteur des ganglions de la base. Étant donné que les récepteurs métabotropiques au glutamate 2/3 (mGlu2/3) sont diminués constamment par le PRS chez les mâles et femelles au cours de la vie, nous avons étudié le rôle des récepteurs mGlu2 et du mGlu3 dans le développement du cerveau. Nous avons montré que les récepteurs mGlu3 façonnent la trajectoire développementale du système GABAergique cortical. Compte tenu de nos résultats montrant que les récepteurs mGlu3 et le stress précoce influencent le développement du cerveau, nous avons étudié l’influence de l'interaction entre ces facteurs environnementaux et génétiques sur les marqueurs de la neuroplasticité lors du développement dans l'hippocampe, une région centrale de la réponse au stress. Nous avons observé que les récepteurs mGlu3 et le stress précoce (MRS) altèrent l'expression des gènes liés aux interneurones GABAergiques ainsi que les marqueurs du stress et les marqueurs épigénétiques. Étonnamment, les souris dépourvues de récepteurs mGlu3 soumis au MRS ont montré des mécanismes compensatoires pendant une fenêtre de temps spécifique pendant le développement. Ensemble, nos résultats renforcent l'idée que les gènes et l’environnement façonnent le développement du cerveau
Stressful events occurring during perinatal life programs the emergence of pathological phenotypes later in life. By using the perinatal stress rat model, we investigated the long-lasting effects of perinatal stress (PRS) on the glutamatergic synapse in males and females. Remarkably, we demonstrated that long-term programming of PRS is strictly sex-dependent and induce a dysmasculinization of the glutamatergic synapse whereas old females PRS rats were protected. Because motor functions decrease during aging, we further investigated the long-term effects of PRS on the basal ganglia, a group of subcortical nuclei involved in motor functions. We could demonstrate that perinatal programs an accelerated aging of the basal ganglia motor system. Since metabotropic glutamate receptors 2/3 (mGlu2/3) are constantly decreased by PRS across lifespan in both sexes, we studied the role of mGlu2 and mGlu3 in brain development. We showed that mGlu3 receptors shape the developmental trajectory of cortical GABAergic system. Considering our findings showing that mGlu3 receptors and early life stress influence the brain development, we investigated how the interplay between these environmental and genetic factors impact neuroplasticity markers during development in hippocampus, a central region in stress response. We observed that mGlu3 and maternal restraint stress (MRS) alter GABAergic interneurons related genes expression, stress and epigenetic markers. Surprisingly, mice lacking mGlu3 receptors submitted to MRS showed compensatory mechanisms during specific time window during development. Taken together our results strengthen the idea that nature and nurture shape brain development

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Evola, Christopher Mark. "Exploring Gender Differences Throughout Normal Rat Aging - A Role for Estrogen Signaling in the Brain." Wright State University / OhioLINK, 2018. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=wright1525089104502219.

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Hernandez, Magali. "Effets de l’administration chronique de corticostérone sur le développement postnatal du cervelet." Thesis, Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0304.

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Abstract:

Plusieurs études ont montré que le cervelet et l’hippocampe, étaient vulnérables à toutes modifications environnementales telles qu’une exposition à un stress ou un taux supraphysiologique de glucocorticoïdes. Cette vulnérabilité s’observe sur l’organisation cellulaire et moléculaire de ces deux structures et se traduit par des désordres fonctionnels sous forme de déficits moteurs, cognitifs ou émotionnels. Les effets d’un stress chronique sur la mise en place des effecteurs cellulaires de l’hippocampe et du cervelet sont bien rapportés dans la littérature lorsque l’animal subi un stress chronique durant la période embryonnaire. Cependant la période postnatale et plus particulièrement les deux dernières semaines correspondant, pour le cervelet, à la mise en place de la couche granulaire interne et à l’établissement des contacts synaptiques entre les cellules de Purkinje et ses afférences reste peu étudié. Ce travail a donc pour objectif d’étudier cette période cruciale pour la maturation fonctionnelle du cervelet afin de répondre dans un premier temps à deux questions principales : 1) La corticostérone administrée chroniquement chez le souriceau durant cette période pourrait-elle induire un effet délétère sur le développement postnatal du cervelet ? 2) Les glucocorticoïdes sont-ils capables de modifier l’expression de certains facteurs neurotrophiques impliqués dans la mise en place et l’organisation des différents types cellulaires retrouvés au sein du cervelet et in fine avoir un impact à long terme sur la fonctionnalité du cervelet ? Pour répondre à ces hypothèses, chaque souriceau a reçu durant 21 jours consécutifs une injection sous-cutanée de corticostérone (20 mg/kg) ou de diméthylsulfoxyde (groupe contrôle) de J8 à J29 PN. Les résultats ont montré qu’une administration chronique de corticostérone de J8 à J29 postnatal avait des effets sur le développement du cervelet et de l’hippocampe qui s’exprimaient au niveau de l’organisation cellulaire des structures et au niveau moléculaire par le biais de certains facteurs impliqués dans l’architectonie cellulaire et tissulaire (modification d’expression des gènes codant pour CRH-R1, CRH-R2, GR et GluRδ2 à J15). Ces effets s’inscrivent à long terme : 1) des modifications morphométriques telles qu’une augmentation d’épaisseur des couches granulaires et moléculaire de Crus II et une diminution d’épaisseur de la couche granulaire de Simplex ; 2) des changements d’activité métabolique régionale observée entre autres dans le cervelet, l’hippocampe, l’amygdale et le noyau vestibulaire latéral et 3) des variations du phénotype sensori-moteur mises en évidence dans l’actimètre, le rotarod et le test de la piscine de Morris, ont été observés à l’âge adulte. Enfin, l’administration chronique de corticostérone équivalente à des situations de stress durant l’enfance a modifié la réponse au stress à l’âge adulte comme l’ont montré les différents dosages des hormones du stress effectués dans l’hypothalamus et l’hippocampe. Cette étude a permis de démontrer qu’une exposition chronique à la corticostérone durant la période postnatale avait des effets immédiats mais aussi un impact à long terme sur la structure et la fonctionnalité du cervelet
During the prenatal period, the cerebellum is immature and particularly vulnerable to stressors such as repetitive maternal deprivation or supra-physiological glucocorticoid exposure that might impact the normal cerebellar development and its functions. However, the potentials effects of glucocorticoids during the postnatal developmental window from postnatal day 8 (PND8) to PND29 that corresponds to 1) the set-up of climbing fiber innervation on the dendritic arborization of Purkinje cells, 2) granule cell proliferation and migration and 3) Purkinje cell – parallel fibers synaptogenesis, are not well established. So the purpose of the present study was to determine whether 1) chronic corticosterone treatment during this period could affect the development and the maturation of the cerebellum; 2) glucocorticoids could change the expression of genes encoding for several factors involved in the different steps of the cerebellar development; and 3) chronic corticosterone administered during the postnatal period could have long-term effects on cerebellar functions. In the present study, mice were injected with corticosterone (20 mg/kg) or dimethylsulfoxyde (control group) from PND8 to PND29. Results show that chronic corticosterone delivered from PND 8 to 29 affect the cerebellar and hippocampal development: morphological changes and downregulation or upregulation of gene encoding for neurotrophic factor, corticotropin releasing hormone (CRH), were observed at PND 15 and 29. Furthermore, changes in morphological, regional metabolic activity, gene expression, and sensori-motor phenotype were also highlighted at adult period, illustrating the long-term impact of early corticosterone administration on cerebellar development. Finally, chronic corticosterone injection during the postnatal period modified the stress response at adulthood as shown by the stress hormones assays performed in the hypothalamus and hippocampus. This study illustrates the long-effect impact of early in life corticosterone administration on the structure of the cerebellum and cerebellar-mediated functions

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Dissertations / Theses on the topic 'Hippocampe (anatomie) – Physiologie'

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