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ELL
Global vs Local: Deux langages pour mieux comprendre.
Erik Harvey-Girard


Les proies génèrent des stimuli locaux à basses fréquences (<10Hz), tandis qu’un autre poisson à proximité génère des signaux globaux de hautes fréquences (>40Hz). Les cellules pyramidales du ELL répondent différemment à ces deux types de stimuli, soit de façon oscillatoire pour des stimuli globaux, ou soit avec des rafales pour des stimuli locaux. L’inhibition de la voie directe de rétroaction, contrôlée par l’aspect globale des stimulus de communication, sert de commutateur pour passer d’un mode d’activité à l’autre (Voir 2 stimuli, 2 préférences et Commutateur).  Une collègue fort dynamique, Anne-Marie Oswald, avec l’aide de Maurice, Brent, Joe Bastian et Len Maler, s’est demandé si le système électrosensoriel, au niveau des cellules pyramidales, distinguait les deux types de stimuli en créant deux « langages » spécifiques d’information, l’un avec des rafales (stimuli locaux), l’autre à des pics isolés (stimuli globaux).

 
Réponses des cellules pyramidales à un signal de bruit de 0 è 60Hz in vivo (A) et in vitro (B). 1- Tracés de l'activité neuronal et du stimulus. 2- Histogramme des intervalles entre les pics d'activité. 3- Cohérence de la réponse en fonction des fréquences du stimulus. (Référence: Oswald et al. Parallel Processing of Sensory Input by Bursts and Isolated. Spikes. J Neurosci. 2004 May 5;24(18):4351-62.)

La rafale est une série de potentiels d’action (pics ou influx) très approchés dans le temps. C’est un paquet de pics très rapprochés dans le temps émis par un même neurone. Une grande diversité de rafales est fréquemment produite par plusieurs types de neurones chez tous les vertébrés. Ces rafales ont diverses fonctions possibles dans le système nerveux. Cependant un lien clair entre la codification d’un message sensoriel et leur présence n’a pas encore été établi.

 

Joe Bastian et Anne-Marie ont mesuré la réponse des cellules pyramidales du ELL à un stimulus de bruit de 0 à 60Hz en conditions in vivo et in vitro. Du bruit! En électronique, le bruit est un signal aléatoire, sans patron particulier, contenant toutes les fréquences. Un bon exemple est un écran de télévision avec la « neige », ou encore une radio syntonisé hors des bandes d’émission avec son « sschii-i-i » caractéristique. Un stimulus fait de bruit entre 0 et 60Hz contient toutes les fréquences entre 0 et 60Hz. C’est un énorme avantage pendant l’expérience puisqu’on peut mesurer la réponse d’un neurone à toutes ces fréquences en même temps. Et in vivo et in vitro? In vivo veut dire littéralement « dans la vie », il s’agit d’enregistrer un neurone directement dans un animal entier et vivant. Tandis que in vitro, littéralement « sous verre », réfère au fait qu’on utilise une partie de l’animal après chirurgie. Dans ce cas-ci le noyau du ELL isolé. Le circuit interne du ELL est conservé, mais les afférences de la surface de la peau sont absentes, de même que les boucles de rétroaction ont été coupées. L’étude du ELL in vitro permet de comprendre les propriétés intrinsèques de cette aire sensorielle sans ses interactions avec le reste du système.

 

Nous disions donc… ont mesuré la réponse des cellules pyramidales du ELL à un stimulus de bruit de 0 à 60Hz en conditions in vivo et in vitro. La première figure nous montre le résultat in vivo (A) et in vitro (B) en commençant par les stimuli et les traces d’activité d’une cellule pyramidale (1). Les petits triangles identifient les rafales au haut de chaque trace. Les histogrammes des intervalles entre les pics d’activité neuronale (2) montrent que beaucoup d’intervalles sont très courts autour de 3-10msec (les intervalles des pics inclus dans les rafales). Ensuite, la cohérence de la réponse a été déterminée pour chaque fréquence (3). Il s’agit de déterminer le taux de sensibilité de la réponse des cellules pyramidales à chacune des fréquences du stimulus utilisé. On voit que les cellules pyramidales répondent bien à toutes les fréquences (courbes « tous les pics »). Cependant, les cellules préfèrent répondre par des rafales pour des stimuli de basses fréquences (courbe « rafale » en gris), tandis qu’elles préfèrent répondre par des pics isolés pour des stimuli de hautes fréquences (courbe « pics isolés » en pointillés).

 

Les cellules pyramidales ont donc deux « langages » distincts en fonction de la fréquence du stimulus. Si on se rapporte à ce qui a été discuté précédemment, les stimuli de basses fréquences sont associés aux proies localisées, tandis que les stimuli de hautes fréquences sont associés aux signaux de communication globaux (Voir 2 stimuli, 2 préférences). Chaque cellule pyramidale encode différemment l’information dépendamment qu’elle « considère » que le signal est une proie (paquet de pics en rafale) ou bien de communication (pics isolés). Autre chose que cette expérience nous suggère. Comme les cellules pyramidales répondent sensiblement de la même façon in vivo et in vitro, des caractéristiques propres (intrinsèques) aux cellules pyramidales doivent expliquer ce double langage.

 

Par la suite, ils ont montré que le mécanisme intrinsèque des cellules pyramidales de génération rafales par des potentiels rétrogrades (back-propagation action potential) [Voir ghost-burster] permet de générer des rafales sélectives aux basses fréquences. Ils ont aussi montré que les rafales, quoique pas nécessaires pour l’estimation du stimulus, offrent un avantage significatif important face aux pics isolés pour détecter les informations de basses fréquences. A hautes fréquences, les pics isolés peuvent être considérés aussi bien comme des estimateurs ou des détecteurs.

 

Références
Erik Harvey-Girard.  "Global vs Local: Deux langages pour mieux comprendre.."  Apteronote. Ed. Erik Harvey-Girard. Ottawa: Juin 1, 2005. <  >

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