Utilisation de la modélisation mathématique pour comprendre l'étendue et l'impact des fluctuations de concentration ioniques dans les neurones et réseaux de neurones.

利用数学模型来理解神经元和神经元浓度波动的趋势和影响。

• 批准号: RGPIN-2015-05714
• 负责人: Doyon, Nicolas
• 金额: $ 2.55万
• 依托单位: Université Laval
• 依托单位国家: 加拿大
• 项目类别: Discovery Grants Program - Individual
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 加拿大
• 起止时间: 2018-01-01 至 2019-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://www.nserc-crsng.gc.ca/ase-oro/Details-Detailles_eng.asp?id=649560
• 关键词: Utilisation; de; la; mod; lisation

La neuroscience computationnelle est une discipline dont l'importance a explosé au cours des dernières décennies. La modélisation mathématique est devenue essentielle pour déchiffrer les interactions entre les différentes composantes jouant un rôle dans le traitement de l'information par le système nerveux central. En travaillant de manière intégrée au sein d'équipes multidisciplinaires incluant des chercheurs expérimentaux, je compte maximiser les retombées concrètes de l'étude mathématique des structures neuronales.***Dans un premier volet, dans le cadre d'une collaboration avec Simon Hardy, Paul De Koninck et André Fortin, nous comptons utiliser la méthode des éléments finis et le code MEF++ développé par le GIREF afin de décrire l'évolution des concentrations ioniques et du champ électrique dans des sous structures neuronales telles que les épines dendritique et l'espace extracellulaire périsynaptique. Cette technique permettra de  prédire les résultats expérimentaux avec une précision spatiale sans précédent  sans avoir recours à des hypothèses simplificatrices sur la distribution des charges électriques ainsi que de comprendre l'impact de la morphologie des épines sur la signalisation chimique et électrique et étudierons son rôle dans le confinement électrique et chimique des synapses. ***Dans un deuxième volet, je collaborerai avec le chercheur expérimental Pierre Marquet afin de mieux comprendre le rôle des cotransporteurs cation-chlorure (CCCs) dans la réponse volumique des neurones. En m'appuyant sur le travail de Marie-Annie Saucier, nous construirons d'abord des extensions du modèle d'Hodgkin-Huxley tenant compte des propriétés biomécaniques des membranes et du transport d'eau par les CCCs. Par la suite, nous construirons des modèles en éléments finis décrivant les déformations des neurones au-delà du changement de volume. Ce travail permettra d'appliquer de nouveaux outils à la modélisation des déformations des neurones et facilitera l'utilisation de la microscopie holographique pour la mesure non invasive des courants synaptiques.***Dans un troisième volet, j'étudierai la structure du réseau de neurones responsable du traitement de l'influx sensoriel dans la corne dorsale, travail commencé avec Emmanuelle Renauld lors d'un stage d'été en recherche. En collaboration avec Simon Hardy et Patrick Desrosiers, nous déterminerons la topologie du réseau de neurone compatible avec les résultats expérimentaux de Guillaume Lavertu (30). Dans un premier temps, nous parcourrons systématiquement toutes les topologies possibles et, à l'aide de fonctions de transfert,  étudierons lesquelles sont compatibles avec les résultats expérimentaux. Nous modéliserons ensuite chaque neurone avec un modèle Hodgkin-Huxley étendu, ce qui permettra, entre autres grâce à l'analyse des bifurcations, de mieux comprendre les impacts d'une baisse du niveau d'extrusion du Cl- . **

神经科学计算是一门学科，它的重要性在十年后的课程中没有爆炸。数学的现代化是一个重要的方面，它可以减少不同的信息之间的相互作用，使其在中央神经系统的信息处理中发挥作用。 在Au sein d 'équipes multidisciplinaires incluant des chercheurs experientaux的综合性工作中，我将最大限度地扩大神经元结构数学研究的具体成果。在与Simon哈代、Paul De Koninck和André Fortin的合作中，我们使用了一种基本方法，并使用了GIREF的MEF++代码来描述神经元结构中的离子浓度和电流变化，包括树突状和突触前细胞外空间。这种技术可以通过精确的空间定位来预测实验结果，而不需要借助于简化的假设来分析电荷分布，因为这种假设可以理解突触形态对化学信号和电信号的影响，以及研究突触在电化学限制中的作用。* 在第二个实验中，我与皮埃尔·马凯（Pierre Marquet）的实验研究者进行了合作，以了解氯的共转运（CCCs）在神经元体积反应中的作用。在我对Marie-Annie Saucier工作的支持下，我们对Hodgkin-Huxley模型的扩展进行了研究，这些模型包括膜的生物医学特性和通过CCC的水输送。 与此同时，我们的神经元模型也可以通过改变体积来判断神经元的变形。 Ce travail permettra d'appliquer de nouveaux outils à la modélisation des deformations des neurones et facilitera l'utilisation de la microscopie hologographique pour la mesure non invasive des courants synaptiques. *在第三次实验中，我研究了科尔内背侧感觉传入神经元的结构，Emmanuelle和Emmanuelle开始了研究阶段的工作。与Simon哈代和帕特里克·德罗西耶合作，我们确定了与Guillaume Lavertu实验结果相容的神经元网络拓扑（30）。在一个首要的时间，我们parcourrons systématiquement toutes les topologies possibles et，à l 'aide de fonctions de transfert，étudierons lesquelles sont compatibles avec les résultats exérimentaux.我们的模型与一个Hodgkin-Huxley模型相结合，通过对分叉的分析，更好地理解了Cl-挤压的基础的影响。