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Fabrice DUPRATInstitut de Pharmacologie Moléculaire et CellulaireUniversité de Nice Sophia-Antipolis Janvier 2003

NEUROPHYSIOLOGIE

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PLAN DU COURSI) MORPHOLOGIE DES NEURONESpolarité des neuronesII) CROISSANCE DES NEURONESCônes de croissanceIII) GENESE DU POTENTIEL D'ACTIONPA en current-clamp,la rétine, cellule ciliéeIV) TRANSMISSION DU SIGNAL DANS UN NEURONEthéorie du cable, potentiel électrotonique, propagation saltatoire, gliales,périodes réfractairesV) TRANSMISSION DU SIGNAL ENTRE DEUX CELLULESsynapses chimiques, épine dendritique, plaque motrice, neurotransmetteurs, synapse électriqueVI) INTEGRATION DES SIGNAUX RECUSseuil de déclenchement, sommations temporelle et spatiale, intégration des signauxVII) CIRCUITS NEURONAUXarc réflexe, racine dorsale, l’hippocampeVIII) PLASTICITE SYNAPTIQUEHebb, LTP dans l'hippocampe, mécanismes, mobilité des récepteurs et des épines dendritiques, rolesIX) HISTORIQUE

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I) MORPHOLOGIE DES NEURONES

4

Morphologies variées

Kandel "Principles of neural science", Mc Graw Hill

5

Polarité des neurones


6

Neurones multipolaires


7Cellule de Purkinje du cervelet (Golgi Stain.)

Cellule pyramidale du CA1 de l’hippocampe

Photos de neurones multipolaires

8

II) CROISSANCE DES NEURONES

9

Cônes de croissance

Jontes et al. (2000), Nature Neuroscience 3-2

10

Croissance neuronale

Wichterle et al. (1997), Neuron 18

11

III) GENESE DU POTENTIEL D'ACTION

12

Potentiel d’action en current-clamp

Courants:

Na2+ K+

Temps (ms)

ENa

EK

Erepos

seuil

Potentiel (mV)

0

+40

-40

-80

1 2 3 4 5 6

13

Exemple 1: la rétine

Seeley "Anatomy & Physiology", Mc Graw-Hill

14

Cônes et bâtonnets

15

Cellule ciliée de l'oreille interne

Epithélium de l’oreille interne de grenouille

8 µm


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IV) TRANSMISSION DU SIGNALDANS UN NEURONE

17

Théorie du cable

RaxialeInterne

Rm Cm

Externe

1850

18

Potentiel électrotonique

Amplitude (mV)

Distance

Constante d'espace (0,1 à 1 mm)

19

Propagation saltatoire



20

Cellules gliales

Neurones sur un tapis de cellules gliales

21

Propagation bidirectionnelle


22

Période réfractaire

23

Périodes réfractaires

24

V) TRANSMISSION DU SIGNALENTRE DEUX CELLULES

25

Coupe d'une synapse chimique

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Epine dendritique de neurone pyramidal d ’hippocampeMicroscopie électronique (cryofracture)

Epine dendritique

27

Plaque motrice

28

Synapses chimiques

1) Arrivée d'un PA (dépolarisation) sur le neurone présynaptique2) Activation des canaux Ca2+ V-dpt3) Entrée de Ca2+

4) Fusion des vésicules avec la membrane présynaptique5) Diffusion du transmetteur dans la fente synaptique6) Fixation sur les récepteurs postsynaptiques7) Entrée d'ions -> hyperpolarisation, dépolarisation, contraction


29

Neurotransmetteurs

Agonistes Récepteurs Ions Effets

ACh nACh cations +

Glu kainate Ca2+, Na+ +AMPA Ca2+, Na+ +NMDA Ca2+, Na+ +

GABA GABAA Cl- -Glycine Glycine Cl- -

30

Synapse électrique


31

VI) INTEGRATION DES SIGNAUX RECUS

32

Seuil de déclenchement d’un PA


33

Sommation spatiale


34

Sommation temporelle


35

Sommation temporelle et spatiale


36

Intégration des signaux


37

Récapitulatif sur la transmission du signal électrique

10 s


38

Récapitulatif sur la propagation des signaux électriques

http://laxmi.nuc.ucla.edu:8888/Libraries/Animations

39

VII) CIRCUITS NEURONAUX

40

Arc réflexe


41

Racine dorsale


42

Schaffer collateralSchaffer collateral

commisuralcommisural

Dentate Dentate GyrusGyrus

Lateral

Medial

Perforant Path

CA1CA1

CA2CA2

CA3CA3

SubiculumSubiculum

CA4CA4Mossy FibresMossy Fibres

Structure de l’hippocampe

43

VIII) PLASTICITE SYNAPTIQUE

44

“Lorsque l'axone d'une cellule A est suffisament proche d'une cellule B pour l'exciter et qu'elle le fait de façon répétitive et continue, des mécanismes de croissance ou des variations métaboliques apparaissent dans l'une ou les deuxcellules, entrainant une augmentation de la réponse de la cellule B pour unemême stimulation provenant de la cellule A”

Le postulat de Hebb

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Mécanismes de la plasticité synaptique ?

• Variation du nombre de récepteurs-canaux synaptiques• Variation de la probabilité d'ouverture• Variation de la conductance

Mécanismes postsynaptiques:

• Variation de la quantité de transmetteur libérée

Mécanismes présynaptiques:

• Variation du nombre de synapses actives

Mécanisme synaptique:

46

CA1CA1

Stimulation

Schaffer collateralSchaffer collateral

commisuralcommisural

Electrode externe

Patch clamp (cellule entière)Electrode interne

LTP dans l'hippocampe

Electrode interneepsp, ipsp

5 mV50 ms

Electrode externefepsp

1 mV20 ms

Patch ClampEpsc

50 pA

200 ms

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Dentate Dentate GyrusGyrus

Perforant Path

Mossy FibresMossy Fibres

Stimulation100 Hz, 1 s

Enregistrement de potentiels de champ

Entorhinal Cortex

Bliss & Lomo (1973) J. Physiol 232; 331-356

Bliss & Gardner-Medwin (1973) J. Physiol 232; 357-374

La découverte de la LTP (Long Term Potentiation)

48

Bliss & Collingridge, (1993) Nature 361; 31-39(data from : Alford et al, (1993) J. Physiol. 469; 693-716)

Synaptic current

Calcium transient

100 Hz, 1 s

20 µm

Entrée de Ca2+ lors de la stimulation haute fréquence

49

Mécanismes de la plasticité synaptique

Stimulationsrépétées

Glu

Ca2+

Ca2+NMDACa2+

Mg2+

CaMKII

CaM

AMPA P

PAMPA

Dépolarisation

mGlu

PLC

IP3

Effetsgénomiques

50

Mobilité des récepteurs AMPA entre cytosol et membrane

Insertion Internalisation

51

Mobilité des récepteurs AMPA sur la membrane

MembraneAMPAr Ac

Bille

Photorelargage de Ca2+

Borgdorff & Choquet (2002), Nature 417(6889)

52

Mécanismes de la plasticité synaptique

Lüscher et al. 2000 Nature neuroscience 3(6)

53

40x

Mobilité des épines dendritiques

100xFischer et al. 1998, Neuron 20

54

PhysiologiePhysiologie

DévelopementDévelopement

ApprentissagesApprentissages et et mémoiremémoire

RécupérationRécupération d'uned'une lésionlésion

NeuropathologieNeuropathologie

EpilepsieEpilepsie

Mort Mort neuronaleneuronale aigueaigue (e.g. trauma, (e.g. trauma, arrêtarrêt circulatoirecirculatoire))

Neurodégénérescences Neurodégénérescences (e.g. Alzheimer, Parkinson, Huntington)(e.g. Alzheimer, Parkinson, Huntington)

Dépendance Dépendance à à une une droguedrogue

Roles de la plasticité synaptique dans le SNC

55

IX) HISTORIQUE

1855 KELVIN: Propagation d’un signal électrique dans le premier cable transatlantique (théorie du cable).

1905 HERMANN: "La propagation de l’excitation est une autostimulation de l’axone par des courants entrants qui se propagent passivement d’une région excitée vers une région voisine au repos. Application à l’axone de la théorie du cable."

1909 LUCAS, 1912 ADRIAN: Concept du tout ou rien dans l’excitabilité des muscles et des nerfs.1922-1927 ERLANGER-GASSER: Enregistrement de potentiels d’actions sur des axones.1949 HEBB: Postulat sur la plasticité synaptique.1938-1939 COLE-CURTIS: Montre que la perméabilité de la membrane augmente lors du potentiel d’action.2000 KANDEL: Prix Nobel de Médecine pour ces travaux sur l'aplysie.

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