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Troisième Partie: dynamique du système thalamo-cortical, influence des systèmes neuromodulateurs.

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1 Troisième Partie: dynamique du système thalamo-cortical, influence des systèmes neuromodulateurs.

2 Les deux Systèmes Thalamo-Corticaux... GABA Glutamate NBM PPT LDT LC Raphe HT GluGABA Sensory Cortex Sensory Reticular Nucleus Sensory Thalamus Sensory Afferences Vision Somatosensory Auditory Sensory Cortex Sensory Thalamus Sensory Reticular Nucleus MonoAminergic Systems Cholinergic System NE 5HT ACh HA

3 Les études in vitro indiquent que neuromodulateurs changent le mode de décharge des neurones dans tout le réseau thalamo-cortical (McCormick 1992) Neurone Thalamique (McCormick & Prince 1988) Neurone Cortical (Wang & McCormick 1993) Neurone du Noyau Réticulaire Thalamique (Pinault & Deschënes 1992)

4 Les effets des systèmes neuromodulateurs in vivo: Effet de lAcétylcholine dans le cortex auditif Expansion du champ récepteur (McKenna et al 1989) Diminution du seuil Acoustique Metherate et al. (1990)

5 La Noradrénaline diminue les réponses évoquées dans le cortex auditif: elle provoque un rétrécisemment des Chanps Récepteurs et une augmentation du seuil acoustique (Manunta and Edeline, 1997, 1999) Rétrécissement du champ récepteurAugmentation du seuil Acoustique

6 Réorganisations Corticales après 3 semaines dActivation du système Cholinergique (Kilgard et al., 2001)

7 Réorganisations après activation du système dopaminergique (Bao et al., 2001)

8 Une situation beaucoup plus naturelle: les changements détat de vigilance... 80% des neurones du thalamus auditif présente des diminutions de réponses évoquées lorsque lanimal passe en sommeil à Ondes Lentes

9 la situation est plus diverse en sommeil paradoxal (SP ou REM sleep):Certains neurones sont non-réactifs, dautres voient leurs réponses revenir à un niveau normal. 60% des neurones du thalamus auditif ont des réponses diminuées lorsque lanimal est en SP 40% ont des réponses similaires à la Veille

10 Tout ceci vaut aussi pour le cortex auditif

11 Laire de réponse des neurones

12 Quatrième Partie: Plasticité induite par apprentissage dans le système auditif thalamo-cortical.

13 La plasticité induite par apprentissage survient simultanément dans les cortex sensoriels et les structures intégratrices

14 Changements d Excitabilité ? Changements dans le traitement des Information ?

15 Protocole Alliant Physiologie Sensorielle et Apprentissage

16 Modifications Sélectives des Champs Récepteurs après Apprentissage Premiers Effets Décrits dans les Aires AII/VE Etudes Suivantes dans les Aires Primaires (AI)

17 Avant Apprentissage: Stabilité des Champs Récepteurs dans AII (Diamond & Weinberger, 1986, 1989)

18 Facilitation Sélective dans le Champ Récepteur des Neurones de AII (Diamond & Weinberger, 1986, 1989) Evoked Activity (spikes/sec)

19 Les Effets Sélectifs requièrent des Réponses Excitatrices (Diamond & Weinberger, 1989)

20 Données de Groupe dans l aire AII (Diamond & Weinberger, 1986, 1989)

21 Cortex Auditif Primaire: Effets Sélectifs après Apprentissage Associatif mais pas après Pseudo-Apprentissage (Bakin & Weinberger, 1990; 1992)

22 Changement au travers des Intensités dans le Cortex Auditif Primaire après Discrimination

23 Changements Thalamiques Sélectifs

24 Peut-on tester le ChR pendant la tâche comportementale (F ritz, Shamma, et al. 2003)

25 Changements Rapides et Durables des Champs Récepteurs (F ritz, Shamma et al. 2003)

26 Le Champ Récepteur est juste la pointe de liceberg

27 Réorganisation du cortex Auditif après lésion cochléaire (Robertson & Irvine 1989) Carte Normale

28 Réorganisation du cortex auditif après lésion cochléaire (Robertson & Irvine 1989) Carte Réorganisée

29 A. Before Training B. After Training

30 1mm Naïve Frequency (kHz) Rutkowski & Weinberger (submitted) Frequency (kHz) 4.1–8 kHz Area (% of total) CS K3 (90%) CS = 6.0 kHz CS = 6kHz

31 y = x R = Mean performance (% correct) kHz area (% of total) Naïve Relation entre Performance Comportementale et Etendue de la Représentation Corticale (Rutkowski &Weinberger sous presse)

32 Réorganisation de cartes après « apprentissage perceptif » ( Recanzone et al., 1993)

33 Réorganisation de cartes après « apprentissage « perceptif » de 2-3 mois (Recanzone et al., 1993)

34 Relation entre Performance Comportementale et Etendue de la Représentation Corticale (Recanzone et al., 1993)

35 Les modifications de cartes topographiques sont-elles nécessaires pour qu il y ait apprentissage perceptif ?

36 Pas de réorganisations de la cartographie après apprentissage perceptif : (Brown, Irvine, Park, 2004)

37 Il y a des différences dans la procédure d entraînement à l apprentissage perceptif...

38 Apprentissage perceptif ou Apprentissage procédural et perceptif ?

39 Apprentissage perceptif ou procédural et perceptif ? (Brown, Irvine, Park, 2004)

40 Que peut-il se passer à part une expansion ?

41 Différent types de champs récepteurs plus fins...

42 Les Champs Récepteurs plus fins existent …(Sutter 2000)

43 Tuning plus largeLatences plus courtes Brown, Irvine & Park, 2004

44 Au delà du Cortex Auditif …(Kaas & Hackett, 2000)

45 Le taux de décharge est le seul moyen de coder l information dans les cortex sensoriels ?

46 Le codage repose sur quoi ? Le taux de décharge La latence des réponses évoquées Le pattern temporel de la réponse Les interactions entre cellules –Entre 2 cellules –Entre N cellules… assemblées neuronales

47 La latence est plus fiable que le taux de décharge (Hind et al., 1963)

48 Le pattern temporel prédit mieux la localisation que le taux de décharge (Middlebrooks et al., 1994; 1998, 2002,2003)

49 Linformation contenue dans le pattern temporel est plus grande que dans le taux de décharge (Middlebrooks, 2002)

50 Linformation contenue dans le 1er PA est déjà considérable (Middlebrooks, 2002)

51 Chez un animal vigile, linformation transmisse est maximale au début du stimulus (Middlebrooks, 2003)

52 Les interactions entre cellules code de linformation les cross-correlations permettent de le voir

53 Les interactions entre 2 cellules codent plus que le taux de décharge (Ahissar et al., 1995)

54 Les interactions entre 2 cellules codent beaucoup plus que le taux de décharge (Decharms & Merzenich, 1996)

55 Le codage par assemblées cellulaires… Lidées de Hebb (1949) a été reprise par n+1 auteurs qui la re-découvrent sans cesse. Singer (1990) propose lidée du codage par synchronisation. Initialement, il propose que les synchronisations se produisent par les oscillations déclenchées à la présentation dun stimulus.

56

57 ...et si on induit une Réorganisation Corticale sans aucune signification comportementale…?

58 Des Microstimulations dans le Cortex Auditif Peuvent Induire une Plasticité Neuronale (Talwar & Gerstein, 2001)

59 …mais ne modifie pas la performance de discrimination des animaux (Talwar & Gerstein, 2001)


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