Etude de l ’influence du calcium extracellulaire sur la transmission synaptique et

Cette étude avait pour but de valider les conditions expérimentales de nos enregistrements électrophysiologiques dans le cortex piriforme dans lesquels la concentration de calcium dans le liquide céphalo-rachidien artificiel est de 1.1 mM. La plupart des études sur la plasticité en électrophysiologie utilisent des concentrations de calcium comprises entre 2 et 2.5 mM. Cette étape préliminaire était donc nécessaire étant donné la différence de concentrations de

calcium que nous utilisons dans nos études électrophysiologiques et l’importance du calcium dans la transmission et la plasticité synaptique.

Nous avons observé que la concentration de calcium intracellulaire augmente l’amplitude de la réponse de façon dose-dépendante avec un effet de saturation atteint pour une concentration d’environ 5 mM de calcium. Par ailleurs, on observe que l’amplitude de la réponse est augmentée de 40 % en présence de 2,2 mM de calcium comparée à celle que nous observons en présence de 1,1 mM de calcium.

Concernant les phénomènes de plasticité synaptique pour une concentration de 1,1 mM de calcium, nous avons observé que le maximum de facilitation est atteint pour une valeur de 25 Hz. Une stimulation de 50 Hz induit des amplitudes de réponse plus faibles qu’à 25 Hz ce qui révèlerait l’apparition du phénomène de dépression à court terme. Les stimulations à 100 Hz sont associées à une perte importante voire totale de facilitation suggérant une prédominance de la dépression. Pour une concentration de 2,2 mM de calcium, on observe que la dynamique de la plasticité est modifiée. En effet, le maximum de facilitation est déplacé vers des fréquences plus basses, 12.5 Hz. Plus la fréquence augmente, plus la facilitation devient déficitaire au profit de la dépression. Enfin à 100 Hz, on observe une disparition totale de la facilitation de la réponse. Ces résultats ont mis en évidence que la plasticité synaptique dans le cortex piriforme fait intervenir à la fois des mécanismes de facilitation et de dépression avec des caractéristiques temporelles différentes. Ces observations n’auraient pas été possible si nous nous avions utilisé des stimulations par paires de pulses, qui est la méthode classique d’analyse de la plasticité synaptique. En effet, cette approche ne permet pas forcément d’observer la chronologie du phénomène de plasticité et ne nous aurait permis d’observer ni la saturation de l’augmentation de la réponse à 25 Hz, ni la dominance de la dépression en fin de train de stimulation à 50 et 100 Hz.

De plus, le modèle de la plasticité adapté à nos données nous permet de déterminer des constantes de temps de récupération associées à chaque mécanisme. Cela permet de préciser la contribution de la facilitation et de la dépression en fonction des conditions

cette étude, la facilitation et la dépression lente sont affectées par la concentration de calcium, tandis que la dépression rapide ne l’est pas. Avec 1,1 mM de calcium, le modèle suggère que trois composantes de la plasticité sont impliquées : une facilitation dont la constante de temps de récupération est d’environ 160 ms, une dépression rapide (< à 20 ms) et une dépression lente (140 ms). Lorsque l’on est en présence de 2,2 mM de calcium, la constante de temps de récupération de la facilitation est augmentée (236 ms) comparée à celle obtenue à 1,1 mM de calcium. Par ailleurs, la constante de temps de récupération de la dépression lente présente une tendance à l’augmentation (266 ms) suggérant que la dépression lente est davantage sollicitée à 2,2 mM de calcium. En revanche la dépression rapide n’était pas affectée par la concentration de calcium.

En résumé, nos résultats montrent un maximum de facilitation pour des fréquences dans la gamme des oscillations beta et une facilitation, certes moindre, mais tout de même prédominante dans la gamme gamma. Les oscillations beta (15-40 Hz) et gamma (50-100 Hz) sont associées à la présentation de stimuli odorants dans le bulbe olfactif (Neville et Haberly 2003). C’est aussi dans ces gammes d’oscillations que nous observons une amplification de la facilitation. Ce phénomène d’amplification gamma a également été observé au niveau du bulbe olfactif par Manabe et Mori (2013). Les mécanismes de la plasticité augmentent le ratio signal/bruit de la transmission des signaux dans le cortex piriforme. Cela suggère une facilitation de la transmission des informations odorantes. Nos conditions expérimentales se rapprochent donc au mieux de ce que l’on peut observer en condition physiologique.

Par ailleurs, l’utilisation d’une concentration de 2,2 mM de calcium, comme le font la plupart des études classiques sur la plasticité synaptique, surestime la contribution de la dépression et sous-estime les mécanismes de facilitation. Ainsi, on peut se demander si l’étude, que ce soit de la transmission ou de la plasticité, à des concentrations beaucoup plus élevées en calcium est pertinente lorsque l’on veut examiner ce qu’il se passe en condition physiologique. Outre la transmission synaptique et la plasticité, d’autres mécanismes peuvent être modulés par le calcium. D’une part, l’activité spontanée générée dans le cortex cérébral in vivo peut aussi apparaitre in vitro si les concentrations ioniques du milieu d’incubation sont très proches

de celles retrouvées in vivo. Cette activité spontanée disparait si les concentrations ioniques du milieu sont lointaines de ce qui est retrouvé in vivo, notamment lorsqu’une concentration de calcium de 2 mM est utilisée (Sanchez-Vives, McCormick, 2000). D’autre part, en fonction de la concentration calcium, un type de neurones à haute fréquence de décharge (> 300 Hz) peut être observé ou non dans le cortex. En effet, en présence de 2 mM de calcium, un faible pourcentage de ces neurones a pu être observé tandis que lorsque la concentration de calcium est de 1.2 mM, le pourcentage de ce types de cellule est multiplié par 8 (Brumberg et al., 2000).

3. Etude de l’influence de l’adénosine extracellulaire sur la plasticité synaptique à court