présenté UNIVERSITÉ LAVAL

ELEN LEBEL
IMPACT DES POTENTIELS SYNAPTIQUES MINIATURES
SUR LES NEURONES PYRAMIDAUX
DU NÉOCORTEX, IN m.
Mémoire
présenté
à la Faculté des études supérieures
de l'université Laval
pour l'obtention
du grade de maître ès sciences (M.Sc.)
Départemefit de physiologie
FACULTÉ DE MÉDECINE
UNIVERSITÉ LAVAL
JUILLET 1997
Acquisitions and
Bbliographic SeMces
Acquisitions et
services bibliographiques
395 Wellington Street
Ottawa ON K1A O N 4
395, nie Wellington
OttawaON K1AON4
Canada
Canada
The author has granted a nonexclusive licence allowing the
National Library of Canada to
reproduce, loan, distn'bute or seU
copies of this thesis in microform,
paper or electronic formats.
L'auteur a accordé une licence non
exclusive permettant à la
Bhiiothèque nationale du Canada de
reproduire, prêter, distribuer ou
vendre des copies de cette thèse sous
la forme de microfiche/film, de
reproduction sur papier ou sur format
électronique.
The author retains ownership of the
copyright in this thesis. Neither the
thesis nor substantial extracts fiom it
may be printed or otherwise
reproduced without the author' s
permission.
L'auteur conserve la propriété du
droit d'auteur qui protège cette thèse.
Ni la thèse ni des extraits substantiels
de celle-ci ne doivent être imprimés
ou autrement repraduits sans son
autorisation.
11 a été démontré que les terminaisons axonales peuvent libérer des
neurotransmetteurs sans être envahies par un potentiel d'action. M ê m e si
chaque terminaison présentait un faible taux de libération, la densité
synaptique des cellules pyramidales est si grande que ce phénomène pourrait
altérer leurs propriétés intégratives. Ici, nous démontrons que la libération
spontanée de transmetteur est présente in vivo, que son impact est fonction
du compartiment cellulaire (somatique ou dendritique); et, que sa fréquence
est beaucoup plus élevée que celles rapportées dans des études in vitro. De
plus, ces événements synaptiques spontanés produisent une diminution de la
résistance d'entrée qui est plus importante au niveau des dendrites que du
soma. Nos résultats suggèrent que, dans un cerveau intact, les neurones
pyramidaux subissent un intense bombardement synaptique qui les divise en
compartiments électrotoniquement distants les uns des autres.
D e ~ Par6
s
Directeur d e recherche
Elen Lebel
Auteure du mémoire
AVANT-PROPOS
La rédaction de ce mémoire a été réalisée sous la supervision du Dr. Denis
Paré. Je le remercie pour l'aide, la disponibilité et l'enseignement qu'il m'a
prodigués tout au long de ce projet Je remercie également Mircea Steriade et
Alain Destexhe pour leurs judicieux conseils, Gerald Oakson, Pierre Giguère
et D e ~ Drolet
s
pour leur assistance informatique et technique inestimable.
R E S M .........................................................................................................................
II
AVANT-PROPOS .....................
.
...
.
................................................................... In
TABLE DES MATGRES
............................................................................. ...........IV
USTE DES FIGURES ................................................................................................VI1
..............*....*.**..........................wI
LISTE DES ABRÉVLATIONS ....................
.
.
C
...................................................
INTRODUC~ONGÉNÉRALE .....................
.
1. Anatomie du cortex cérébral
1.1 Aires corticales ..........................................................................................
1.2 Organisation laminaire du cortex ......................................................
1.3 Principaux types de cellules corticales ..............................................
...........................
1.3.1 Les neurones pyramidaux ....................
.
.
1.3.2 Les neurones non-p yramidaw ..............................................
1.4 Organisation synaptique .........................................................................
1.5 Origine des principales afférences corticales .......................................
1S.1 Les afférences intrinsèques ......................................................
... ..
.
.............*.*.....*.
1S.2 Les afférentes extrinsèques ...................
1.6 Principaux neurotransmetteurs du cortex cérébral et leurs
récepteurs .......................
.....
.........................................................
1.6.1 Le GABA ou Acide gamma(y)-aminobuvrique ..................
.....................................
1.6.2 Le glutamate ......................................
2. Propriétés électrophysiologiques des cellules pyramidales du
néocortex
Propriétés physiologiques des neurones pyramidaux ...................... 11
.................................................... 13
Intégrat i ~ snynap tique ................... .
.
2.2.1 Site d'initiation du potentiel d'action et distance entre
celui-a et les synapses ..........................................................
13
2.2.2 Propriétés actives des cellules pyramidales .......................
14
Impact du réseau ....................................................................................... 16
Libération de neurotransmetteur ......................................................... 17
Potentiels miniatures ............................................................................ 19
CHAPITRE1
IMPACT DES POTENTIELS SYNAPTIQUES MINIATURES
SUR LES NEURONES PYRAMIDAUX
DU @OCORTEX. INVIVO .
RÉsUMÉ ............................................................................................................
..................*.....................
INTRODUCTION ...................*..*....*.......
,
.
.
MATÉRIEL ET MÉTHODES
Les procédures chirurgicales ..............................................................
Les procédures d'enregistrement ...................................................
L'histologie .........................................................................................
RÉSULTATS..................................................................................................
DISCUSSION ....................................................................................................
22
LÉGENDES DES FIGURES ............................................................................
36
39
FIGURES ............................................................................................................
23
24
25
26
27
32
CONCLUSION GÉNÉRALE .................................................................................. 46
1. Résumé des résultats obtenus lors de cette étude
1.1 Fréquence des rninis ........................................................................ 46
1.2 Sensibilité pharmacologique des potentiels synaptiques ................. 46
1.3 Localisation des minis ...................................................................... 47
2. Signification fonctionnelle des potentiels synaptiques miniatures
sur les propriétés des neurones pyramidaux du néocortex
2.1 Dépolarisation soutenue du potentiel de membrane au niveau
des dendrites .................,.. ..................................... . ... . . ... .. 48
2.2 Réduction de la Rt, et de la constante d'espace ),t(
........................ .. 48
LISTE DES FIGURES
CHAPITRE 1
Fig. 1
Schéma du montage expérimental et effet de la tétrodotoxine.
..................................................................................................................
39
Fig. 2
Distribution bimodale de la fréquence des potentiels miniatures
suivant l'application d e TD(....................................................... 40
Fig. 3
Exemples représentatifs des enregistrements appartenant au
groupe 1 à un gain faible (A) et élevé (B). .....................................
41
Fig. 4
Exemples représentatifs des enregistrements appartenant au
groupe 2 à un gain faible (A) et élevé (B). ...................................... 42
Fig. 5
La dialyse de la bicuculline abolit les potentiels miniatures d u
groupe 1. ................................................................................................ 43
La majorité des potentiels miniatures du groupe 2 sont sensibles
au NBQX. .............................................................................................
44
Fig. 7
Détermination des sites d'empalement des cellules pyramidales
par l'injection intracellulaire de neurobiotine. ........................ .... 45
AMPA :
Avg :
BK:
CaM :
GABA :
EEG :
LGN :
NBQX :
NMDA :
PBS :
Acide alpha@)-amino-3-hydroxy-5-méthyl-4isoxazoleproprionique
moyenne
Bicuculline
Calmoduline
Acide garnma(y)-aminobutyrique
Électroen~é~halo~ramrne
Fréquence
Cellules à décharge rapide ("Fast spiking")
Peroxydase de raifort ("Horseradish peroxydase")
Cellules à bouffées intrinsèques ("htrinsic bursting")
Intra-péritonéal
Intraveineux
Noyau genouillé latéral du thalamus
1,2,3,4-Té trahy dro-6-nitro-2,3-dioxo-ben
sulfonamide disodium
N-méthyl- asp par ta te
Solution tampon phosphate ("Phosphate buffer solution")
PPSE /PPSI:Potentiel post-synaptique excitateur / inhibiteur
Rh:
Résistance d'entrée
RS :
Cellules à décharge régulière ("Regular spiking")
tm :
Constante de temps
TTX:
Tétrodo toxine
VP:
Noyau thalamique ventro-postérieur
V,:
Potentiel de membrane
INTRODUCTION GÉNÉRALE
Les cellules pyramidales sont les neurones les plus fortement représentés au
niveau du cortex cérébral. On estime que chacun de ces neurones reçoit
plusieurs milliers d'afférences d'origine corticale et sous-corticale (DeFelipe et
Farifias, 1992). Comme il a été démontré que les terminaisons nerveuses
libèrent des neurotransmetteurs en l'absence de potentiel d'action (Fatt et
Katz, 1952), il est probable que ce phénomène modifie les propriétés
intégratives des cellules pyramidales et ce, même si chacune des terminaisons
axonales présente un faible taux de libération. Dans ce mémoire, nous
présentons des travaux réalisés dans le but d'estimer l'impact de cette
libération spontanée de transmetteur sur les propriétés physiologiques des
cellules pyramidales du cortex cére3ral.
L'introduction de ce mémoire sera organisée de la façon suivante: dans un
premier temps, nous résumerons (1) l'anatomie du cortex; suivront (2) les
propriétés électrophysiologiques des cellules pyramidales ainsi que leur
implication dans l'intégration synaptique; et pour terminer, (3) les
mécanismes de la transmission synaptique dépendante et indépendante des
potentiels d'action.
1. ANATOMIE DU CORTEX CÉRÉBRAL
1.1 Aires corticales
L'écorce cérébrale est généralement divisée en régions ou aires
cytoarchitecturalement distinctes qui peuvent être regroupées en deux
grandes classes: Des régions dites isocorticales (ou homogénétiques)
caractérisées par une organisation en six couches et d'autres, nommées
allocorticales (ou hétérocorticales) parce qu'elles ne présentent pas cette
organisation, et ce, à aucun stade d e leur développement (Jones, 1981).
Comme les travaux présentés dans ce mémoire ont porté sur des régions
isocorticales, ce résumé portera surtout sur l'organisation de l'isocortex,
également appelé néocortex.
Le nombre d'aires corticales est variable selon l'espèce. Les différentes aires
du cortex cérébral se distinguent les unes des autres par leur cytoarchitecture.
Par exemple, les aires sensorielles primaires ou koniocortex possèdent une
couche IV granulaire bien développée alors que chez les aires motrices, cette
couche est beaucoup moins importante.
Les travaux présentés ici ont été effectués dans l'aire corticale 5-7, une région
corticale associative où convergent des entrées somatosensorielles et
visuelles. Les aires corticales associatives sont considérées comme des régions
hautement intégratives (White, 1989).
1.2 Organisation laminaire du cortex
Comme il a été mentionné plus haut, chacune des aires architectoniques du
cortex peut être subdivisée en couches horizontales, et parfois même en souscouches, dépendamment du type et de la densité des éléments neuronaux qui
la composent (White, 1989). L'intérêt de cette organisation laminaire réside
dans le fait que les afférences parvenant au cortex se terminent dans des
couches particulières. De même, les cellules pyramidales situées dans des
couches distinctes projettent à des régions corticales ou sous-corticales
différentes. Par exemple, il existe une claire distinction entre les couches
supra- et infra-granulaires: les premières (couches II et III) contiennent les
somata de cellules pyramidales projetant vers les aires corticales ipsi- et
contralatérales. Les somata qui projettent contralatéralement (callosaux) sont
généralement plus gros et situés plus profondément que ceux projetant
ipsilatéralement (White, 1989); chez les couches infra-granulaires, la couche
VI contient les somata de la plupart des cellules projetant au thalamus dorsal
alors que la couche V contient les somata de toutes les autres cellules
corticofugales (Le. les cortico-striatales, -rubrales, -thalamiques, -bulbaires,
-spinales et -teciales) (Jones, 1981).
Les six couches corticales sont nommées en Fonction du type de cellules
qu'elles contiennent. Ainsi, on a la couche 1 - moléculaire ou plexiforme; la
couche II - de petites cellules pyramidales; la couche III - des cellules
pyramidales de moyennes et grandes tailles; la couche IV - granulaire, et ses
cellules sont étoilées; la couche V - de grandes cellules pyramidales; et la
couche VI - polymorphique ou fusiforme, elle est également appelée couche
mu1tiforme.
1.3 Principaux types de cellules corticales
Selon les auteurs, on classifie les neurones d u néocortex en fonction de la
forme plus ou moins pyramidale de leur soma ou bien de la présence ou non
d'épines sur leurs dendrites (DeFelipe et Fariiias, 1992). On distingue deux
grandes classes de cellules corticales: pyramidales et non-pyramidales.
1.3.1 Les neurones pyramidaux
Les neurones pyramidaux constituent la population majoritaire d u néocortex
(de 60-70% selon C o m o a et Gutnick, 1990; et de 70-85% d'après DeFelipe et
Fariiias, 1992). 11s possèdent une forte densité d'épines dendritiques, une
dendrite apicale prédominante, une fonction synaptique excitatrice, et un
axone qui projette en dehors du cortex autant que localement (DeFelipe et
F a ~ a s 1992).
,
Les cellules pyramidales possèdent une dendrite apicale orientée
verticalement, qui traverse plusieurs couches du cortex. Sa localisation serait
donc favorable à l'intégration de multiples entrées synaptiques reconnues
pour se ramifier à l'intérieur du cortex (White, 1989).
Typiquement, les cellules pyramidales possèdent un axone principal qui
projette à l'extérieur de la région corticale où se situe leur corps cellulaire.
Dans certains cas, celle-ci peut se dédoubler ou former un angle jusqu'à 43
degré avec la verticale. De plus, cet axone émet plusieurs collatérales qui se
ramifient, dans le cortex, à une distance variable du corps cellulaire. Elles
peuvent monter, descendre, ou encore se propager sur d e longues distances à
l'intérieur du cortex. Les terminaisons nerveuses des collatérales locales sont
une source importante de terminaisons axonales dans le cortex. Les
connections verticales entre les couches du cortex sont en partie responsables
de la formation de colonnes fonctionnelles; quant aux connexions
horizontales, elles servent de lien entre les neurones situés dans différentes
colonnes. On pense que les projections des cellules pyramidales, qu'elles
soient locales ou distantes, utilisent l'aspartate ou plus probablement le
glutamate comme neurotransmetteurs (White, 1989).
1.3.2 Les neurones non-pyramidaux
Les cellules non-pyramidales sont classées en deux sous-groupes: les
épineuses et les non-épineuses. Les premières ont une forme étoilée, un
axone court (intemeurones) et sont limités aux couches centrales d u cortex,
en particulier la couche IV @eFelipe et Fariiias, 1992). Ces cellules utilisent le
glutamate comme neurotransmetteur. Avec leur forte densité d'épines, ces
cellules étoilées rappellent les cellules pyramidales (Connors et Gumick,
1990).
Le second type de neurones non-pyramidaux sont des cellules non-épineuses;
elles possèdent une morphologie variable e t utilisent le GABA comme
neurotransmetteur. Ces cellules peuvent être rencontrées dans toutes les
aires et les couches corticales et contiennent une variété de neuropeptides.
Les neurones non-épineux représentent approximativement 15-30% de la
population entière de neurones corticaux ( ~ e ~ e leti ~Farifias,
e
1992). Elles
possèdent une fonction synaptique inhibitrice (GABAergique) et des axones
qui ne s'arborisent que localement dans le cortex. Il s'agirait donc de
neurones de circuit local.
1.4 Organisation synaptique
On reconnaît deux types morphologiques de synapses dans le cortex: les
synapses asymétriques et symétriques (Colonnier, 1968). Ceux-ci
correspondent respectivement, aux types 1 et II de Gray (Gray, 1959). Le trait
morphologique qui distingue ces deux types de synapses est l'épaisseur plus
ou moins importante de la face cytoplasmique de l'élément post-synaptique.
Chez les synapses asymétriques, la densité pos t-synap tique est proéminente
alors que chez les synapses symétriques, elle est très mince.
Une caractéristique des neurones pyramidaux est que leur corps cellulaire
reçoit uniquement des synapses symétriques. De tous les neurones nonpyramidaux, seules les cellules étoilées épineuses partagent cette spécificité
(Peters et Kaiserman-Abramof, 1970; White et Rock, 1980). La distribution des
différents types de synapses sur les dendrites est aussi semblable chez les
cellules pyramidales et les étoilées épineuses. Ainsi, les synapses présentes
sur les épines (synapses axospinales) de ces neurones sont habituellement de
type asymétrique alors que la plupart des synapses situées sur leurs dendrites
(synapses axodendritiques) sont symétriques (White et Rock, 1980; Hersh et
White, 1981).
Les principales sources de synapses asymétriques sont les neurones épineux
du cortex ainsi que les afférences corticales extrinsèques. Au contraire, la
plupart des synapses symétriques sont d'origine intrinsèque et proviement
de neurones non-épineux non-pyramidaux (Peters et Jones, 1984; Peters, 1987;
White, 1989). Puisque les neurones épineux et les principaux systèmes
d'afférences corticales sont excitateurs (Gilbert, 1983; Jones, 1985; White, 1989)
et que plusieurs neurones non-épineux non-pyramidaux sont GABAergiques,
donc inhibiteurs (Houser et al., 1984), on assume généralement que les
terminaisons axonales formant des synapses asymétriques sont excitatrices et
que celles formant des synapses symétriques sont inhibitrices (Colonnier,
1981).
Nous résumerons maintenant la densité relative de synapses
glutamatergiques (asymétriques) et GABAergiques (symétriques) dans chacun
des compartiments des cellules pyramidales (DeFelipe et Farifias, 1992).
L'obsewation de cellules pyramidales en microscopie électronique a établi
que le soma et le segment initial de l'axone ne forment que des contacts
synaptiques symétriques (Tones et Powell, 1970; Peters et al., 1991) et présumés
GABAergiques (White, 1989; DeFelipe et FarSas, 1992). Les études
quantitatives de Farifias et DeFelipe (1991a et 1991b) rapportent que la densité
de synapses symétriques sur le soma de cellules pyramidales profondes est
10.6 + 3.7 par 100
alors qu'au niveau du segment initial elle est de 20-24.
Du nombre total de synapses retrouvées sur les cellules pyramidales (i.e. 5000
à 60 000; DeFelipe et Fariiias, 1992), environ 16O/0 sont de type symétrique dont
7% se terminent sur le soma et 93% sur les dendrites (DeFelipe et Fariflas,
1992). Chez les neurones pyramidaux du néocortex, la grande majorité des
synapses asymétriques sont retrouvées sur les épines dendritiques (White,
1989). Les synapses excitatrices sont exclusivement localisées dans les
dendrites, avec une densité uniforme, à l'exception des segments
dendritiques plus proximaux (jusqu'à 30 p du soma) qui sont dépourvus
d'épines (Jones et Powell, 1969; Peters et Kaiserman-Abramof, 1970) et
forment majcritairement des synapses symétriques (Jones et Powell, 1970).
On estime la densité synaptique à environ 10/100
au niveau du soma et
approximativement de 20-60/100 p2 au niveau des dendrites.
1.5 Origine des principales afférences corticales
1.5.1 Les afférences intrinsèques
Les afférences intrinsèques sont les synapses d'origine locales (Le. provenant
d u cortex). Dans plusieurs aires corticales, elles représentent près de 70°/0 de
toutes les synapses présentes (Szentàgothai, 1965; Gruner et al., 1974). Les
terminaisons locales des collatérales axonales des cellules pyramidales
forment des synapses asymétriques excitahices. E n fait, elles sont localisées
principalement sur les épines et les dendrites, mais très rarement au niveau
du corps cellulaire. Les collatérales des cellules pyramidales forment
également des synapses asymétriques sur des neurones pyramidaux et nonpyramidaux de différents types, incluant les cellules GABAergiques (Keller et
White, 1989). Ainsi, ces connections synaptiques procurent le substrat
anatomique permettant l'excitation proactive des cellules pyramidales
corticales ainsi que les inhibitions proactives et rétroactives via leurs
connections avec les neurones GABAergiques (White, 1989).
1.5.2 Les afférences extrinsèques
Les afférences extrinsèques du cortex cérébral forment presque seulement des
synapses excitatrices, et ce, aussi bien avec les cellules pyramidales que les
non-p yramidales. La cible privilégiée de toutes les afférences corticales
extrinsèques sont les épines dendntiques, ce qui n'empêche pas que des corps
cellulaires et des dendrites soient également contactés par ces fibres (White,
1989).
Toutes les régions corticales reçoivent des fibres d'un ou plusieurs noyaux
thalamiques. Cependant, la proportion d e synapses thalamocorticales
parvenant aux dendrites de différents neurones pyramidaux peut varier
considérablement.
Par exemple, d a n s les régions corticales
somatosensorielles et visuelles, les entrées thalamiques originant des noyaux
ventro-postérieur (VP) et genouillé latéral (LGN) comptent, respectivement,
pour 28% et 20% des synapses dans la couche IV et des parties adjacentes de la
couche III (où la plupart des axones thalamocorticaux projettent; LeVay et
Gilbert, 1976; White, 1978). En fait, la majorité des connexions dans les aires
sensorielles corticales ne sont pas d'origine thalamique, mais plutôt d'autres
régions corticales ou de régions sous-corticales non-thalamiques. En fait, les
neurones pyramidaux cortico-striataux, cortico-corticaux et corticothalamiques reçoivent, respectivement, 0.3-0.9%, 1.5-6.8% et 6.7-20.0% de
leurs synapses de fibres thalamocorticales spécifiques, alors que moins d e 4%
des contacts synaptiques sur les neurones non-épineux multipolaires de la
couche IV originent du thalamus (White, 1978; White et Rock, 1981).
Les fibres cortico-corticales représentent le principal type de fibres afférentes.
Selon l'aire corticale et l'espèce, de 70 à 95% des synapses retrouvées sur les
épines des cellules pyramidales proviement de fibres cortico-corticales. Par
exemple, Cipolloni et Peters (1983) ont démontré que 95% des terminaisons
callosales au cortex auditif chez le rat forment des synapses avec les épines
dendritiques de cellules pyramidales dont le corps cellulaire se situe dans les
couches II à VI (DeFelipe et Farinas, 1992).
1.6 Principaux neurotransmetteurs du cortex cérébral
et leurs récepteurs
1.6.1 Le GABA ou Acide gamma-aminobutyrique
L'acide gamma-aminobutyrique (GABA) est le neurotransmetteur inhibiteur
le plus abondant du cortex cérébral; il est presque entièrement d'origine
intrinsèque (Emson et Lindvall, 1979). Jusqu'à présent, l e GABA n'a été
localisé que dans les terminaisons formant des synapses symétriques ou
encore, à l'intérieur des somata et dendrites des neurones dont les axones
forment des synapses symétriques (White, 1989). Il semble que virtuellement
tous les types de neurones identifiés comme étant non-épineux nonpyramidaux sont GABAergiques (Houser & al., 1984).
Il existe deux types de récepteurs GABAergiques: GABAA et GABAB. Les
récepteurs GABAA sont sélectivement perméables aux ions Cl- et leur
activation entraArneune entrée d'ions Cl- au potentiel de repos. Le potentiel
de renversement de ces récepteurs se situe autour de -75 mV (McCormick,
1992; Ling et Benardo, 1995).
Les récepteurs GABAB sont liés à des protéines G et leur activation module
des canaux K+ provoquant ainsi une sortie d'ions Kf et une hyperpolarisation
de la membrane. La conductance d'ions Kf à travers ces canaux se renverse à
un potentiel d'environ -90 à -100 mV (Cornors et al., 1988).
Un troisième type de récepteurs GABAergiques a été identifié, les récepteurs
GABAC (Johnston, 1994; Ragozzino et al., 1996). Cependant, ils sont mai
COMUS
et semblent être confinés à des structures particulières (Johnston,
1994).
1.6.2 Le glutamate
Le glutamate est le principal neurotransmetteur excitateur du néocortex
(Krnjevic, 1974). Des études électrophysiologiques in vivo et in vitro ont
démontré l'existence de connexions excitatrices entre neurones pyramidaux.
De telles études in vitro ont également démontré que la transmission
synaptique entre cellules pyramidales se fait par I'intemédiaire de récepteurs
d'acides aminés excitateurs (Mason et al., 1991). De plus, d e nombreuses
évidences indiquent qu'une large proportion de cellules pyramidales utilisent
le glutamate comme neurotransmetteur (Conti et al., 1987 et 1989). Selon
DeFelipe et al. (1988),Conti et al. (1989), ainsi que Don et al. (1989), une des
principales sources de terminaisons axonales glutamatergiques serait le
système de collatérales intracorticales originant des axones de cellules
pyramidales.
11 existe trois types de récepteurs glutamatergiques: les récepteurs
ionotropiques d e type NMDA et non-NMDA; et les récepteurs
métabotropiques (i.e. qui agissent via des protéines G) (NicoUs et al., 1992).
Les récepteurs NMDA sont sensibles au voltage transmembranaire parce que
~ + le potentiel de la
ces derniers sont bloqués par des ions M ~ lorsque
membrane se situe près du repos. Les récepteurs-canaux NMDA sont aussi
particuliers par le fait qu'ils nécessitent au moins deux conditions pour être
activés: la liaison du glutamate et la dépolarisation d e la membrane
(Hammond et Tritsch, 1990). De plus, on pense que ces récepteurs n'entrent
en jeu que dans des conditions de bombardement synaptique synchronisé.
Ces canaux sont aussi perméables aux ions calcium.
Les récepteurs non-NMDA sont des récepteurs-canaux perméables aux cations
monovalents. Leur conductance ne présente qu'une faible sensibilité au
voltage.
Les récepteurs glutamatergiques non-NMDA sont activés par le quisqualate
ou le kainate (Hamrnond et Tritsch, 1990). Les réponses synaptiques générées
par ces deux types de récepteurs (NMDA et non-NMDA)se renversent autour
de O mV (McBain et Dingledine, 1992; Spruston et al., 1995a et 199%; Isokawa,
1996).
2. PROPRIÉTÉS ÉLECTROPHYSIOLOGIQUES
DES CELLULES
PYRAMIDALES DU NÉOCORTEX
2.1 Propriétés physioiogiques des neurones pyramidaux
Au cours des années 80, on a reconnu que le fonctionnement d'un groupe
neuronal dépend (1)des propriétés intrinsèques des éléments constitutifs et
(2) des particularités d u réseau synaptique qui les lie (Steriade et Llinas, 1988;
Llinis, 1988). Dans ce contexte, les neurones semblent non seulement
capables de répondre à des entrées synaptiques mais aussi d'exprimer leur
propre activité électrique, ces deux aspects étant intimement liés. Un regard
général sur la littérature concernant les propriétés intrinsèques des neurones
mammaliens révèle que ceux-ci sont dotés d'une variété de conductances
ioniques voltage- et chémo-dépendantes leur permettant d'afficher un large
éventail de réponses électriques (Llinis, 1988). En fait, chaque type de cellule
démontre un groupe particulier de conductances dont les cinétiques et la
distribution modulent leur activité spontanée et façonnent leurs réponses
synaptiques. De plus, les propriétés électriques distinctes rencontrées chez les
différents types neuronaux se traduisent souvent par un patron de décharge
qui leur est caractéristique.
Des études ont montré que dans le néocortex, les propriétés intrinsèques des
neurones ne sont pas homogènes (Connors et Gutnick, 1990). Parmi les
neurones corticaux, Connors et Gutnick (1990) identifient trois types de
cellules: ce sont les cellules (1) à décharge régulière ou "regular-spiking" (RS);
(2) à bouffée intrinsèque ou "intrinsically bursting" (IB); et (3) celles à
décharge rapide ou "fast-spiking" (FS). Plus tard, Gray et McCormick (1996)
identifièrent un quatrième type de cellules corticales, les "chattering cells".
En réponse à des impulsions de courant dépolarisant, les cellules RS génèrent
des trains de potentiels d'action dont la fréquence s'adapte fortement. Elles
peuvent être pyramidales ou étoilées épineuses et, correspondent aux cellules
excitatrices du cortex.
Au contraire, en réponse à des impulsions dépolarisantes, les cellules IB ont
tendance à générer des bouffées de potentiels d'action à haute fréquence.
Certains neurones IB peuvent générer des bouffées rythmiques à une
fréquence de 5-15 Hz (Agmon et Comors, 1989; Silva et al., 1989; Nuiiez et al.,
1993). Quant aux cellules FS, elles génèrent des trains de potentiels d'action
dont la fréquence ne s'adapte que peu ou pas pendant des impulsions
prolongées de courant dépolarisant. En fait, lorsqu'elles sont fortement
stimulées, elles peuvent soutenir des fréquences de décharge de plus de 500600 Hz pendant plusieurs centaines de millisecondes (Connors et Gutnick,
1990). Les cellules FS ont été identifiées comme étant des cellules
GABAergiques dont les dendrites sont dépourvues d'épines.
Elles
correspondent donc aux interneurones inhibiteurs du cortex cérébral.
Puisque la majorité des cellules enregistrées lors nos travaux ont été
identifiées comme étant des cellules pyramidales, le reste de cette section
portera sur la physiologie de ces dernières.
2.2 Intégration synaptique
2.2.1 Site d'initiation du potentiel d'action et distance entre celui-ci
et ies synapses
Le site d e genèse des potentiels d'action est controversé chez les cellules
pyramidales. Des évidences in vitro récentes (Stuart e t Sakmann, 1994;
Colbert et Johnston, 1996) appuient les interprétations initiales de Coombs et
al. (1957) selon lesquelles les potentiels d'action sont générés au niveau de
l'axone ou de son segment initial chez les cellules pyramidales. Toutefois,
d'autres études suggèrent que les dendrites peuvent aussi générer des
potentiels d'action qui se propagent activement jusqu'au soma (Turner et al.,
1991; Regehr et al., 1993).
Ces visions opposées ont des implications importantes pour le mode
d'opération des cellules pyramidales.
En effet, chaque synapse
glutamatergique exerce un effet minime sur le potentiel des cellules
pyramidales (Scanziani et al., 1992; Thomson et al., 1995). En partie, ceci
résulte d u fait que la majorité des entrées synaptiques se terminent sur des
segments dendritiques électrotoniquement distants du site d e genèse des
potentiels d'action (voir section 1.5 sur les origines des principales afférences
corticales) et que les propriétés passives des dendrites filtrent ou atténuent les
événements synaptiques (Spruston et al., 1994; Bekkers et Stevens, 1996). En
d'autres termes, l'amplitude des potentiels synaptiques est réduite et la
sommation spatiale des entrées se terminant sur des sites dendritiques
dispersés s'en trouve limitée. Ceci a pour conséquence de minimiser l'impact
de plusieurs synapses sur la probabilité de décharge des neurones (Jaslove,
1992; Spruston et al., 1993 et 1994). Toutefois, comme nous le verrons dans la
section suivante, les dendrites des cellules pyramidales sont dotées de
conductances voltage-dépendantes qui peuvent amplifier les entrées
synaptiques.
2.2.2 Propriétés actives des cellules pyramidales
A la fin des années 1980, la présence de canaux calciques voltage-dépendants
dans les dendrites et dans le soma a été démontrée par microfluorornétrie
(Ross et Werman, 1987; Tank et al., 1988). De même, les études
électrophysiologiques de Huguenard et al. (1989) ainsi que celles de Magee et
Johnston (1995a, 1995b) ont démontré la présence de canaux sodiques et
calciques voltagedépendants dans les dendrites apicales.
La densité des canaux Nat est similaire dans les dendrites et le soma (Magee
et Johnston, 1995b). Au niveau des dendrites, elle est remarquablement
du soma. Cependant, il arrive que l'on puisse
constante et ce, jusqu'à 350
observer une légère baisse de la densité à des distances plus grandes du soma
(Stuart et Sakmann, 1994). On a démontré dans des conditions in vitro , où
l'activité synaptique spontanée est réduite, que la présence de courants Na+
persistants voltage-dépendants dans les dendrites permet aux potentiels
d'action somatiques de se propager rétrogradement dans l'arbre dendritique
(Stuart et Sakmann, 1994).
Contrairement aux canaux NaC, il y a de grandes variations dans le type et la
densité des canaux ca2' entre le soma et les dendrites (Jaffe et al., 1992; LevRam et al., 1992; Eliot et Johnston, 1994; Christie et al., 1995; Dunlap et al,
1995). Selon Elliott et al. (1995), les différents sous-types de canaux c a 2 +
auraient, en accord avec leurs localisations sous-cellulaires différentes, des
rôles distincts dans l'activation cellulaire et la transmission des signaux. Par
exemple, le sous-type L est préférentiellement localisé dans les régions
proximales avec une densité plus faible danç les dendrites distales et, a un
rôle prédominant dans les courants ca2+ transitoires somatiques causés par
des trains de puissants stimuli appliqués au niveau du soma ou dans les
dendrites apicales distales. Par contre, les sous-types NI P et Q sont retrouvés
au niveau des terminaisons pré-synaptiques et faiblement exprimés au
niveau du soma. Ces sous-types (N, P et Q) sont essentiels pour la
transmission synaptique glutamatergique (Elliott et al., 1995).
Par ailleurs, la distribution de la concentration intracellulaire de ca2' durant
des potentiels d'action ou des réponses synaptiques amples (Jaffe et al., 1992;
Miyakawa et al., 1992) présente un profil de concentration en forme de M à
travers le neurone: i.e. une faible augmentation dans le soma, une très forte
dans les dendrites apicales et basales proximales, et une concentration faible
dans les dendrites distales. Ce profil en forme de M ne semble pas être causé
par la distribution des canaux ca2+ mais plutôt par la propagation de trains de
potentiels d'action dans les dendrites (Johnston et al., 1996). Selon Jaffe et al.
(1992), le flux de ca2+ dans les dendrites est conduit par des potentiels d'action
Na+-dépendants.
De plus, Schwindt et Crill (1995) ont démontré que les entrées synaptiques
sont amplifiées par la présence de courants Na+ persistants voltagedépendants dans les dendrites de neurones pyramidaux d u cortex. En fait,
l'activation d e ces canaux dans les dendrites apicales jouerait un rôle
important dans l'efficacité de la transmission synaptique puisque leur
conductance amplifie le courant synaptique entrant dès que le potentiel de
membrane s'approche du seuil. Ceci cause une dépolarisation additionnelle
tout au long de la dendrite où la dépolarisation est assez grande pour activer
les canaux. Une partie du courant Naf dendritique atteint le soma, ce qui
provoque une augmentation de l'amplitude et de la durée des potentiels postsynaptiques excitateurs ou PPSEs (Stafstrom et al., 1985; Thompson et al., 1988;
Sutor et Hablitz, 1989; Hirsh et Gilbert, 1991; Cauller et Connors, 1994). Ainsi,
les propriétés de la transmission dendritique sont améliorées
significativement par rapport à une dendrite passive. De plus, ces auteurs
suggèrent que les conductances Na'-persistante et NMDA constituent des
mécanismes importants pour une amplification voltage-dépendante des
entrées toniques excitatrices dans les dendrites apicales.
Toutefois, on remarque que les phénomènes décrits plus haut ont tous été
observés dans des tranches de cerveau maintenues in vitro, préparation où
l'activité synaptique spontanée est presqu'inexistante comparativement à
celle des préparations in vivo o ù le réseau est intact. Dans la section
suivante, nous explorerons les conséquences possibles de ce bombardement
synaptique sur les propriétés intégratives des cellules pyramidales.
2.3 Impact du réseau
La théorie unidimensionnelle de câble assume que la structure électrotonique
des neurones ne subit aucun changement en réponse aux entrées synaptiques
(Rall, 1959). En fait, les études conventionnelles ne tiennent pas compte du
fait que les neurones font partie d'un réseau de cellules spontanément
actives. Cette attitude est erronée puisqu'il a été démontré par des
stimulations biophysiques que les entrées synap tiques changent
significativement les propriétés intégratives des cellules pyramidales
(Bemander et al., 1991).
Étant d o ~ qu'un
é
neurone pyramidal moyen établit environ 10 000 synapses
(Larkman, 1991) et que chacune de ces entrées induit une augmentation
transitoire de la conductance membranaire, on peut s'attendre à ce que le
niveau d'activité global du réseau affecte les propriétés intégratives des
neurones pyramidaux puisque la résistance d'entrée (R*) et la constante de
temps (t,) seront affectées (Bemander et al., 1991).
L'activité synaptique peut changer significativement l'efficacité des entrées
individuelles autant que la structure électrotonique d'un neurone (Holmes et
Woody, 1989; Bernander et al., 1991). Les travaux de Bernander et al. (1991)
indiquent qu'en l'absence d'activité synaptique (f=O), la partie apicale distale
de l'arbre dendritique située dans la couche 1 possède une distance
électrotonique n'excédant pas 1.2 mais que cette distance augmente d'un
facteur de 2.5 quand f=2. En d'autres termes, l'entrée dans les couches
superficielles de l'arbre dendritique devient de plus en plus découplée d u
soma quand l'activité du réseau augmente.
Bernander et al. (1991) ont suggeré que les grandes valeurs de Rh et t,
récemment rapportées par plusieurs équipes utilisant des techniques de
patch-clamp in vitro sur des cellules pyramidales corticales ou d'hippocampe
(Andersen et al., 1990; Major et al., 1990; Spruston & Johnston, 1992) reflètent
principalement le manque d'activité synaptique de fond typiquement observé
dans les préparations en tranche. Ceci expliquerait également les valeurs plus
négatives du potentiel de repos rencontrées dans les tranches in ~ i t r o
comparativement à celles des enregistrements intracellulaires in vivo.
Parce que le bombardement çynaptique spontané induit une baisse
importante de la R , il est possible que les cellules pyramidales in vivo soient
divisées en de multiples compartiments électrotoniquement distants les uns
des autres. Ces différents compartiments dendritiques pourraient interagir
entre eux via Leurs conductances voltage-dépendantes et générer des
dynamiques fonctionnelles intrinsèques aux neurones (Yuste et Tank, 1996).
Cependant, avant d'étudier ces phénomènes, nous devons estimer plus
précisément l'impact du bruit synaptique spontané sur les propriétés
électriques des cellules pyramidales.
2.4 Libération de neurotransmetteur
Dans des conditions normales, la libération de neurotransmetteur peut
s'effectuer de deux façons: (1)suite à l'invasion d'une terminaison axonale
par un potentiel d'action; ou (2) indépendamment des potentiels d'action.
Les neurotransmetteurs synthétisés par un neurone sont entreposés à
l'intérieur de vésicules situées dans l'élément pré-synaptique. Le terminal
pré-synaptique doit être dépolarisé pour provoquer l'ouverture de canaux
membranaires ca2' voltage-dépendants. Dans des circonstances normales, la
dépolarisation est causée par un potentiel d'action, i.e. par l'entrée d'ions Na+
à l'intérieur de la cellule.
Toutefois, l'effet du potentiel d'action peut être
simulé par une impulsion de courant dépolarisant (Katz et Miledi, 1967).
Miledi et Slater (1966) ont démontré que le ca2+est un cofacteur essentiel à la
libération du transmetteur. En effet, ces derniers ont observé qu'en l'absence
de ca2+ externe, une impulsion pré-synaptique peut atteindre le terminal
sans provoquer la Libération de neurotransmetteur (Kuno,1995). Par la suite,
il a été démontré que l'arrivée du potentiel d'action constitue le stimulus
dépolarisant nécessaire à l'activation de canaux ca2+voltage-dépendants.
Par la suite, l'exocytose du contenu vésiculaire requiert que la membrane
vésiculaire et celle du terminal pré-synaptique entrent en contact et se
fusionnent. Tout un cortège de molécules sont impliquées dans cette étape.
Par exemple, il a été démontré par Llinis et al. (1985) que deux protéines
associées aux vésicules, la synapsine 1 et la synaptophysine, sont
particulièrement importantes pour la libération du transmetteur: au repos, la
synapsine I restreint la mobilité des vésicules synaptiques en les liant à de
larges filaments à l'intérieur du terminal. Le flux de ca2+ associé au potentiel
d'action active la protéine kinase II calmoduline (CaM)-dépendante qui, en
retour, phosphoryle la synapsine 1. Dans ces conditions, la synapsine 1 se
dissocie de la surface vésiculaire, et la vésicule devient disponible pour
l'exocytose (Kuno, 1995).
Le transmetteur libéré par le terminal pré-synaptique diffuse à travers la fente
synaptique et agit sur la cellule post synaptique. Un récepteur spécialisé pour
le transmetteur sur la membrane post-synaptique devient alors le site
d'interaction entre les deux cellules (Kuno, 1995).
2.5 Potentiels miniatures
Au cours d'enregistrements effectués à la surface de fibres musculaires isolées
de grenouille, Fatt et Katz (1952) ont remarqué de petits potentiels synaptiques
spontanés sensibles au curare et se produisant sans potentiels d'action présynaptiques. Ils décrirent ces événements comme étant de petits potentiels
d'une amplitude moyenne de 0.5 mV et d'une fréquence se situant entre 0.1
et 100 Hz et interprétèrent ce phénomène comme étant une fuite d u
neurotransmetteur au niveau de l'élément pré-synaptique.
Depuis, on a enregistré des potentiels miniatures in vitro dans une grande
variété de préparations comme l'hippocampe (Alger et Nicoll, 1980;
Collingridge et al., 1984; Miles et Wong, 1984; Bekkers et al. 1990; Ropert et al.,
1990; McBain et Dingledine, 1992; Vautrin et al., 1992), le néocortex (Burgard
et Hablitz, 1993; Salin et Prince, 1996), le cervelet (Silver et al., 1992), le
thalamus (Paulsen et Heggelund, 1994), l'axone géant du calmar (Çugimori et
al., 1994), ainsi qu'au niveau de la jonction neuromusculaire chez la
grenouille (Fatz & Katz, 1952). Également, ce phénomène a été observé dans
des cultures organotypiques de moelle épinière et de ganglion de la racine
dorsale (Ulrich et Lüscher, 1993). In vivo, la présence des potentiels
miniatures a été démontrée chez la cellule de Mauthner du poisson rouge
(Kom et al., 1993).
Les mécanismes responsables d e la libération spontanée d e
neurotransmetteurs demeurent inconnus. Cependant, il est improbable que
ce phénomène résulte de l'action d'un transporteur membranaire (Schwartz,
1987; Dunlop et al., 1992; Levi et Raiteri, 1993) puisque ce mécanisme de
libération ca2+-indépendante est trop lent (une molécule à la fois). Or,
l'amplitude des potentiels miniatures rapporté dans les études antérieures
indique que chacun des minis implique la libération spontanée d'un grand
nombre de molécules de transmetteur. De même, il semble peu probable que
ce phénomène reflète l'effet des charges de surface (Piccolino et Pignatelli,
1996) parce qu'il ne présente un effet significatif sur l'entrée du ca2+ que
lorsque les niveaux d'ions divalents sont manipulés artificiellement par
l'expérimentateur.
A l'heure actuelle, nous pouvons seulement affirmer que les potentiels
synaptiques miniatures démontrent une faible dépendance face aux niveaux
de ca2+extracellulaires (Fatt et Katz, 1952; Otis et Mody, 1992; Katz et al., 1995),
et que les traitements pharmacologiques ayant pour effet de diminuer ou
d'augmenter la quantité de neurotransmetteur via une libération
conventionnelle ont souvent le même effet sur le taux de libération
spontanée (Thompson et Gahwiler, 1992). Il est donc probable que les minis
résultent d'une libération vésiculaire de neurotransmetteur.
Cependant, de toutes les études réalisées sur les potentiels miniatures, il
n'existe encore aucune évidence in vivo démontrant la présence de
potentiels miniatures chez les neurones pyramidaux. Malgré le fait que les
terminaisons axonales démontrent de faibles taux de libération spontanée de
transmetteur, il est probable que ce phénomène puisse altérer les propriétés
intégratives des neurones pyramidaux puisque chacun d'eux reçoit plusieurs
milliers de synapses (de 5000 à 60 000; DeFelipe et Farifias, 1992). Pour cette
raison, nous avons voulu étudier l'impact des potentiels synaptiques
miniatures chez les neurones pyramidaux du chat, dans des conditions i n
vi.00.
IMPACT DES POTENTIELS SYNAPTIQUES MINIATURES
SUR LES NEURONES PYRAMIDAUX
DU NÉOCORTEX, IN VNO
*
Les tranches de cerveau maintenues in vitro représentent une preparation de
choix pour étudier l'influence des conductances actives des dendrites sur
l'intégration synaptique chez les neurones pyramidaux (Johnston et al., 1996;
Yuste et Tank, 1996). Étant donné que la connectivité synaptique est réduite
dans les tranches, les propriétés intégratives des neurones pyramidaux in
vitro pourraient être très différentes de celles observées in vivo (Bernander et
al., 1991). Donc, pour être en mesure de déterminer dans un cerveau intact
l'implication des données récoltées in vitro, il devient nécessaire d'estimer
l'impact des événements synaptiques présenrs in vivo. Ici, nous démontrons
pour la première fois que la libération de transmetteur indépendante des
potentiels d'action est présente chez les neurones pyramidaux in vivo, et que
celle-ci a un impact différent au niveau du soma et des dendrites des cellules
pyramidales. De plus, la fréquence des événements synaptiques résistants à la
tétrodotoxine (TTX) ou minis est beaucoup plus élevée in vivo que celles
rapportées antérieurement in oitro. Ainsi, dans les enregistrements
présumés somatiques, les mi& sont GABAergiques et ont une fréquence
d'environ 9 Hz. Au contraire, dans les enregistrements présumés
dendritiques, les minis se produisent à une fréquence plus elevée (-21 Hz), et
la majorité sont bloqués par des antagonistes glutamatergiques non-NMDA
(N-méthyl-D-aspartate). Le blocage pharmacologique des minis augmente la
résistance d'entrée de 12 à 49% dans les enregistrements présumés somatiques
et dendritiques, respectivement. Ces résultats indiquent que la libération de
transmet@r indépendante des potentiels d'action a un impact majeur sur les
propriétés physiologiques des neurones pyramidaux in ~ i v o .
INTRODUCTION
Au cours des dernières années, les conductances dendritiques actives des
neurones pyrarnidaw ainsi que leur rôle dans l'intégration synaptique ont
suscité un grand intérêt. Suite à de récents développements techniques dans
le domaine de l'imagerie et des techniques d'enregistrement, la majorité de
ces études ont été réalisées sur des tranches de cerveau maintenues in vitro
(Johnston et al., 1996; Yuste et Tank, 1996). Toutefois, comme beaucoup de
connexions synaptiques sont perdues dans les préparations en tranches, il est
probable que les propriétés intégratives des neurones pyramidaux soient
différentes dans un cerveau intact. Aussi, il est important d'estimer l'impact
des événements synaptiques in vivo afin de pouvoir déterminer chez un
cerveau intact, les conséquences des données récoltées in vitro.
-
-
-
-
.
Pour ce faire, nous avons réalisé des enregistrements intracellulaires de
neurones pyramidawc dans le néocortex de chats anesthésiés et avons estimé
l'impact de la libération de transmetteur résistante à la tétrodotoxine (TTX).
Les procédures chirurgicales
Des chats adultes ont été anesthésiés avec d u sodium pentobarbital
(Somnotol, 40 mg/kg, i.p.) et paralysés avec de la gallamine triéthiodide (33
mg/kg, i.v.). Un contrôle continu de 1'EEG a été effectué durant toute la
durée des expériences; et au besoin, des doses supplémentaires de Somnotol
(5-7 mg/kg, i-v.) ont été administrées pour maintenir un patron EEG
synchronisé. Nous avons également injecté de la lidocaïne (2%) le long des
incisions. La respiration de l'animal a été maintenue artificiellement et la
concentration en CO2 gardée à une valeur de 3.7 t0.2 %. A l'aide d'un tapis
chauffant, la température corporelle a été maintenue à 37-38 O C . Pour
stabiliser les enregistrements, nous avons drainé la cisterna magna, suspendu
le chat, et réalisé un pneumothorax bilatéral. L'os ainsi que la dure-mère
recouvrant le gyms suprasylvien ont été enlevés. Par la suite, un peigne
d'électrodes composé de 10 fils de tungstène dont les pointes sont séparées les
unes des autres par une distance de 150 km, a été inséré dans le centre d u
gynis, dans le plan sagittal avec uri angle de 4 5 O (Fig. 1A).
Ensuite, nous avons inséré rostralement, à une distance de = 4 mm, des
électrodes et une micropipette d'injection (dont le diamètre de la pointe était
de 75 pm). L'électrode d'enregistrement, positionnée à mi-chemin entre la
micropipette d'injection et le peigne d'élechodes, a été descendue de 200 Pm
suivant un angle de 20" à l'aide d'un manipulateur piéto-électrique. Le
cortex a ensuite été recouvert d'une couche d'agar, à l'exception d'un petit
canal exutoire créé par une pipette pasteur laissée e n place jusqu'au
durcissement de l'agar. Durant toute la session d'enregistrement, une
solution (Ringer, Ringer + TTX, 50 PM; Ringer + I T X + bicuculline, 200 PM;
Ringer + TTX + NBQX, 200
a été injectée (1.5 pL/min). Le changement
de la solution de dialyse a été réalisé à l'aide d'une "Liquid switchTM"
w)
(BioAnalytical Systems, West Lafayette, IN). Dans d'autres expériences, nous
avons, en plus de la dialyse, aspergé le cortex de TTX pendant une période de
90 minutes avant le début des enregistrements. Cette mesure avait pour but
l'abolition complète de l'activité du réseau.
La solution de Ringer était composée de 126 mM de NaCL, 26 mM de
NaHC03,3 mM de KC1, 1.2 mM de KH2P04, 1.3 rnM de MgS04, 2.4 mM de
CaC12, 5 mM de Hepes, et 15 mM de dextrose. Les drogues utilisées pour la
dialyse ont été obtenues chez les fournisseurs suivant: Sigma pour la TTX et,
RB1 (Natick, MA) pour la bicuculline ainsi que le NBQX.
Les procédures d'enregistrement
Les enregistrements EEG ont été réalisés à l'aide de paires d'électrodes de
tungstène (0.5 MR) dont les pointes sont séparées l'une de l'autre par 1.5 mm
dans l'axe vertical, avec l'électrode superficielle localisée à la surface du
cerveau. Les électrodes d'enregistrement intracellulaires ont été obtenues à
partir de capillaires de verre étirés de façon à ce que le diamètre de leur
pointes atteignent = 0.5 Pm (30-40 MR); elles. furent ensuite remplies de KC1
(2 M) et de Neurobiotine (14 rng/ml; Vector Labs). Les enregistrements
intracellulaires ont été réalisés à l'aide d'un amplificateur à haute impédance
possédant une circuiterie à pont balancé (Neurodata, NY). E n général, les
enregistrements intracellulaires ont pu être maintenus pendant 30-120
minutes. Les signaux intracellulaires et EEG ont été visualisés sur un
oscilloscope numérique, imprimés sur un polygraphe et entreposés sur des
rubans magnétoscopiques. Les analyses ont été réalisées à l'aide d u
programme IGOR (Wavemetrics, OR).
L'histologie
Dans le but de déterminer la morphologie et la profondeur des cellules
enregistrées, nous avons réalisé des contrôles histologiques. A la fin des
expériences, les animaux ont été perfusés avec 500 ml d'une solution saline
(0.9% et, à - 4°C) suivie d'un litre d'une solution de paraformaldéhyde (2%)
et de glutaraldéhyde (1%)
dans un tampon phosphate (PBS,pH 7.4) 0.1 M. Les
cerveaux ont été entreposés dans une solution de glucose 30% pendant 12-24
heures et ensuite transférés dans du PBS. Des sections sagittales (80 p)
ont
été réalisées à l'aide d'un microtome. Les cellules remplies de Neurobiotine
ont été visualisées en incubant les sections dans une solution contenant de
l'avidine-biotine-horseradish peroxydase (avidine-biotine-peroxydase de
raifort) ou HRP (ABC Elite Kit, Vector Labs). La présence de HRP a été révélée
selon la méthode décrite par Horikawa et Amstrong (2988). Le rétrécissement
des tissus causé par la fixation a été déterminé par la mesure post-fixation de
la distance entre les traces laissées par des électrodes de tungstène insérées à
une distance de 10 mm les unes des autres pendant l'expérience.
Des neurones pyramidaux (n=8) morphologiquement identifiés comme étant
des cellules à décharge régulière ou RS (Cornors et Gutnidc, 1990), présentant
un potentiel de membrane (V,) plus négatif que -60 mV et des potentiels
d'action dont 1'apex dépassait I'isopo tentiel ont été enregistrés dans l'aire
corticale 5-7 (Fig. 1A). Pour visualiser l'activité spontanée du réseau, des
électrodes encéphalographiques (EEG) furent positionnées 10 mm
caudalement, dans le gyrus suprasylvien. Dans la situation contrôle, un flux
continu d'une solution de Ringer (1.5 pL/min) était appliqué au tissu cortical
via la pipette d'éjection. Dans ces conditions, les neurones exhibaient des
potentiels post-synap tiques (PPSs)de grande amplitude (5-15 mV) coüicidant
avec des événements EEG négatifs (en profondeur) se répétant à une
fréquence de 2-3 Hz. La substitution de la solution Ringer par une autre
contenant 50 PM de tétrodotoxine (TTX)a eu pour effet de bloquer les
potentiels d'action évoqués par des impulsions de courant dépolarisant (Fig.
1B) et de supprimer les PPSs induits par des sturiulations corticales (Fig. 1C)
de même que les PPSs spontanés liés aux phénomènes EEG (Fig. ID), d'où
une réduction d e la variance d u signal intracellulaire (Fig. 1E) et de la
moyenne des événements EEG et intracellulaires (Fig. IF). Suivant
l'application de TTX, nous avons remarqué que les enregistrements
intracellulaires présentaient toujours de petits (de 0.5 à 2.0 mV) événements
dépolarisants résistants à la TTX (Fig. ID, de droite) n'ayant aucune relation
temporelle avec l'activité EEG spontanée (Fig. 1E). Ces petits PPSs ont persisté
à une fréquence constante pendant aussi longtemps que l'enregistrement a pu
être maintenu (jusqu'à 2 heures).
,
avons réalisé une
Pour assurer un blocage complet des courants ~ a + nous
application généreuse de m< (50 PM, 1 ml) sur la surface corticale couplée à
une perfusion continue de TTX (1.5 pl/min.) via la pipette d'éjection et ce,
pendant 90 minutes. Nous avons ensuite enregistré un autre groupe de
neurones (n=43)dont 26 ont pu être morphologiquement identifiés, à l'aide
d'une injection intracellulaire de neurobiotine, comme étant des cellules
pyramidales épineuses. Les neurones enregistrés dans ces conditions ne
pouvaient décharger des potentiels d'action Na+. Ensuite, des chocs de fortes
intensités (pulses de 200 psec à 1.5 mA) ont été appliqués dans les couches
corticales profondes ou superficielles mais ceux-ci ne réussirent pas à évoquer
de réponses synaptiques. Cependant, on pouvait voir des petits événements
résistants à la TTX dont l'amplitude augmentait avec l'hyperpolarisation de
la membrane sans toutefois changer de fréquence. Ces observations, ainsi que
la sensibilité de ces événements à des antagonistes des récepteurs
GABAergiques ou glutamatergiques (voir plus bas), nous menèrent à les
interpréter comme étant des potentiels synaptiques miniatures (minis).
L'amplitude de ces présumés minis (voir plus bas) se situait à l'intérieur des
valeurs rapportées par Alger et Nicoll (1980), Mason et Nicoll (1991) ainsi que
Thomson (1993) pour des PPSs miniatures enregistrés chez des neurones
pyramidaux.
Dans cet échantillon de neurones, la distribution de la fréquence des minis
était bimodale (modes à 9 et 21 Hz, Fig. 2). Pour analyser les corrélations
cellulaires de cette distribution, nous avons séparé les neurones en deux
groupes, en utilisant une fréquence d e 12.5 Hz comme critère de division
(Groupe 1 42.5 Hz << Groupe 2). En accord avec les résultats de Salin et Prince
(1996), les variations de la fréquence des miniç n'étaient pas liées à la position
laminaire des cellules puisque la proportion de neurones supra- et infragranulaires était similaire dans les deux groupes de neurones (test du x2,Pc
0.16). De même, leurs résistances d'entrée (R*) présentaient des écarts nonsignificatifs (Groupe 1,40.6 + 11.6 MR, n=23; Groupe 2, 44.2 + 15.6 MG, n=20;
test de t, p>0.25; moyenne t erreur standard). Ainsi, des neurones possédant
des R,s similaires pouvaient tout aussi bien exhiber des minis se produisant
à de faibles ou de hautes fréquences.
Des exemples typiques
d'enregistrements intracellulaires appartenant aux Groupes 1 et 2 sont
illustrés aux Figs. 3A et 4A. Comme on peut le voir à la Fig. 4B, les minis
observés dans les enregistrements du Groupe 2 ne sont pas seulement plus
fréquents, mais possèdent une plus grande amplitude que ceux du groupe 1
(Figs. 3B1 et 4B1; 1.70 + 0.004 mV comparativement à 0.70 -C 0.001 mV; test de
t pc0.01) et un temps de montée plus court (Figs. 3B2 et 4B2). De plus, les
neurones du Groupe 2 affichent des V,s signihcativement plus dépolarisés (61.7 + 5.02 mV) que ceux d u Groupe 1 (-69.9 + 6.03; test de t, pc0.001). Ainsi,
cette différence peut être attribuée, du moins en partie, à la fréquence plus
élevée des minis.
Pour déterminer la sensibilité pharmacologique des minis rencontrés chez les
enregistrements des Groupes 1 (Fig. 5) et 2 (Fig. 6), nous avons maintenu
manuellement le V
, à une valeur relativement constante et avons appliqué
une impulsion de courant d'amplitude constante à toutes les 3-6 secondes. La
variance d u signal intracellulaire a été mesurée entre chaque impulsion de
courant (Fig. 5A et 6A) et la R h , estimée à partir de l'amplitude des réponses
aux impulsions de courant (Fig. 58 et 68). Après avoir obtenu une période
contrôle, la solution de TTX a été remplacée par une solution contenant de la
TTX et un antagoniste GABAA, la bicuculline (200 PM), ou un antagoniste
glutarnatergique non-NMDA, le NBQX (200 pM; 1,2,3,4-Tétrahydro-6-nitro2,3-dioxobenzo[flquinoxaline-7-sulfonamide disodium). Les minis retrouvés
chez les cellules appartenant au Groupe 1 n'ont pas été affectés par la NBQX
(n=4) mais ont été abolis par la bicuculline (Fig. 5A et 5C; n=6). L'exemple de
la Fig. 5B indique que la disparition des rninis GABAA produit une
augmentation de la R, de 11% (Fig. 58; moyenne, 12 + 0.5%, n=6) CO-incidant
avec une diminution de la variance du signal intracellulaire (Fig. 5A).
On remarque à la Fig. 6 que la variance du signal est beaucoup plus élevée
chez les enregistrements d u Groupe 2 (Fig. 6A) que chez ceux du Groupe 1
(Fig. 5A; 2.01 + 0.76 mv2 comparativement à 0.16 + 0.03 mv2, à -70 mV; test
de t, pc0.05). En fait, on s'aperçoit que contrairement au Groupe 1, la majorité
des rninis observés chez le Groupe 2 ont pu être abolis par une application de
NBQX (n=5). L'exemple de la Fig. 6C démontre que l'application de la NBQX
provoque une diminution de la variance du signal intracellulaire (en
moyenne, de 77 + 10%; n=5; Fig. 6A) et de la fréquence des minis (Fig. 6C1
versus 6C2), coüiudant avec une augmentation marquée de la Ri, (Fig. 68;
moyenne, 49 r 8%; n=5). Les quelques minis résistants à la NBQX ont, par la
suite, été abolis par une application de bicuculline (Fig. 6C3), provoquant ainsi
une réduction de la variance du signal (Fig. 6A) et une augmentation de la
R h (10% additionnel; Fig. 6B).
Puisque les enregistrements des Groupes 1 et 2 ont été obtenus chez des
neurones pyramidaux morphologiquement identifiés (Groupe 1, n=12;
Groupe 2, n=14), la sensibilité pharmacologique différente des rninis suggère
que ces deux types d'enregistrements représentent, respectivement, des
empalements somatiques et dendritiques. Cette hypothèse est basée sur des
découvertes ultrastructurales antérieures indiquant que les entrées
GABAergiques et glutamatergiques sont distribuées différentiellement au
niveau du soma et des dendrites des neurones pyramidaux (White, 1989;
DeFelipe et FariÏias, 1992). En effet, ces études ont révélé que le soma et le
segment initial de l'axone des neurones pyramidaux forment exclusivement
des contacts synaptiques symétriques, présumées GABAergiques (White, 1989;
DeFelipe et Farifias, 1992) alors qu'à l'opposé, la majorité (70-9596) des
synapses dendritiques seraient asymétriques et, présumées glutamatergiques.
De plus, la densité des synapses est plus élevée sur les dendrites que sur le
soma des cellules pyramidales.
Pour vérifier si les enregistrements des Groupes 1 et 2 représentent
respectivement des empalements somatiques et dendritiques, nous avons
utilisé trois approches, (1)Premièrement, nous avons comparé la profondeur
du soma des cellules pyramidales remplies de neurobiotine à celle du site
d'empalement. Notre hypothèse prévoit que la différence entre la
profondeur du soma mesurée histologiquement et le site d'empalement
devrait être plus grande dans les enregistrements dendritiques (Groupe 2) que
somatiques (Groupe 1) étant donné que le site d'empalement d'un dendrite
peut être localisé à une distance plus ou moins grande du corps cellulaire. En
accord avec notre hypothèse, les différences mesurées entre les profondeurs
du soma et du site d'empalement des cellules du Groupe 2 (407 + 78 Pm,
n=14) se sont avérées trois fois plus grandes que celles mesurées chez les
cellules du Groupe 1 (130 ~ 1 Pm,
9
n=12; test de t, pc0.005). (2)
Deuxièmement, nous avons situé les empreintes laissées par les pipettes
d'enregistrement s'approchant des neurones remplis de neurobiotine, et
avons extrapolé leur trajectoire pour déterminer les sites d'empalement.
Bien que rares, des évidences histologiques d'empalements dendritiques ont
été obtenues (Fig.7A). Troisièmement, de nombreux neurones pyramidaux
(n=18)ont été enregistrés lors d'une même descente d'électrode (n=4),et nous
avons vérifié si les soma des neurones enregistrés étaient alignés. E n accord
avec notre hypothèse, les somatas n'étaient pas alignés et la profondeur des
cellules non-alignées correspondaient à celles des enregistrements présumés
dendritiques (Groupe 2; Fig. 7B).
DISCUSSION
Nos résultats suggèrent que la libération de transmetteur résistante à la TTX
exerce des effets différents sur les compartiments somatiques et dendritiques
des neurones pyramidaux. Ainsi, nous avons vu que chez les empalements
présumés somatiques, les potentiels miniatures présentaient une fréquence
de 8-10 Hz et avaient pour intermédiaire les récepteurs GABA*; leur abolition
par la bicuculline provoquait une augmentation de la Ri, de 12%. Chez les
empalements présumés dendritiques, les minis affichaient des fréquences
beaucoup plus élevées, et leur blocage par un antagoniste non-NMDA
augmentait la Ri, de 49%. Puisque la distance électrotonique entre les
synapses et le site d'enregistrement est courte chez les empalements
présumés somatiques, nous pouvons estimer le taux moyen de libération
résistante à la TTX pour chacune des terminaisons axonales. En assumant de
50 à 350 contacts synaptiques GABAergiques par soma (DeFelipe et Faruias,
1992) et 10 Hz comme fréquence globale de minis, nous obtenons une
fréquence de libération moyenne de 0.03 - 0.20 Hz par bouton.
Dans des préparations en tranches, les neurones du néocortex et de
l'hippocampe présentent des minis dont les fréquences se situent entre O et 8
Hz, soit beaucoup moins que celles observées dans nos travaux (Alger et
Nicoll, 1980; Collingridge et al., 1984; Ropert et al., 1990; McBain et Dingledine,
1992; Salin et Prince, 1996). 11 est peu probable que l'utilisation du
pentobarbital comme agent anesthésiant soit responsable de cette différence
puisque les barbituriques augmentent l'amplitude et la durée des minis sans
toutefois affecter leur fréquence (Alger et Nicoll, 1980). De plus, des cellules
pyramidales (n=15) enregistrées in viiio, sous kétamine-xylazine, démontrent
une variation similaire dans les fréquences des minis. Nous attribuons la
fréquence plus élevée des minis observés in vivo à l'intégrité des connexions
dans notre préparation.
Nos résultats impliquent que, comparativement aux conditions in vikro, où
les neurones sont électriquement compacts, la constante d'espace d e s
dendrites est beaucoup plus courte in vivo. Également, les potentiels
miniatures glutamatergiques produisent une dépolarisation soutenue des
dendrites qui leur permet de maintenir leur ,
V à des valeurs avoisinant le
seuil de décharge d'un potentiel d'action. Ceci suggère qu'en l'absence de
TTX, des PPSs excitateurs synchronisés pourraient initier des potentiels
d'action dendritiques locaux.
Alger B.E. et Nicoll K A . 1980. Spontaneous inhibitory post-synaptic
potentials in hippocampus: mechanism for t o ~ inhibition.
c
Brain
Res, 200: 195-200.
Bernander O., Douglas R.J., Martin K.A. et Koch C. 1991. Synaptic
background activity influences spatiotemporal integration in single
pyramidal ce&. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.88: 11569-11573.
Cohgridge G.L., Gage P.W. et Robertson B. 1984. Inhibitory post-synaptic
currents in rat hippocampal CA1 neurons. J. Physiol. 356: 551-564.
Connors B.W. et Gutnick M.J.
1990. Intrinsic firing patterns of diverse
neocortical neurons. Trends Neurosci. 13 (3): 99-104.
DeFelipe J. et Fariiias 1. 1992. The pyramidal neuron of the cerebral cortex:
morphological and diemical characteristics of the synap tic inputs.
Prog. Neurobiol. 39: 563-607.
Horikawa K. et Amstrong W.E. 1988. J. Neurosci. Meth. 25: 1-11.
Johnston D., Magee J-C., Colbert C.M. et Christie B.R. 1996. Active properties
of neuronal dendrites. Ann. Rev. Neurosci. 19: 163-186.
Mason A., Nicoll A. et Shatford K. 1991. Synapkic transmission between
individual pyramidal neurons of the rat visual cortex in vitro. J.
Neurosci. 11(1): 72-84.
McBain C. et Dingleduie R. 1992. Dual-component miniature excitatory
synaptic currents in rat hippocampal CA3 pyramidal neurons. J.
Neurophysiol. 68 (1): 16-27.
Ropert N., Miles R. et Kom H. 1990. Characteristics of r n i ~ a t u r eulhibitory
postsynap tic currents in CA1 pyramidal neurones of rat hippocampus.
J. Physiol. 428: 707-722.
Salin P.A. et Prince D.A. 1996. Spontaneous GABAA recep tor-mediated
inhibitory currents in adult rat somatosensory cortex. J. Neurophysiol.
75 (4): 1573-1588.
Thomson A.M. et West D.C. 1993. Fluctuations in pyramid-pyramid
excitatory postsynaptic potentiels modified by presynaptic firing pattern
and postsynaptic membrane potential using paired intracellular
recordings in rat neocortex. Neuroscience 54 (2): 329-346.
White E.L. 1989. Cortical circuits. Birkhauser, Boston, MA.
Yuste R. et Tank D.W. 1996. Dendritic integration in mamrnalian neurons, a
century after Cajal. Neuron 16: 701-716.
LÉGENDES
DES FIGURES
Figure 1
La microdialyse de TTX révèle Ia présence de potentiels
synaptiques miniatures in oiuo. On voit en A un schéma du montage
expérimental. La dialyse de la T'IX abolit les potentiels d'action évoqués par
une impulsion de courant (B) de même que les événements synaptiques
évoqués par des stimuli intracorticaux (C) et ceux apparaissant en relation
avec des potentiels EEG de grande amplitude (D). L'écart-type du signal
intracellulaire (à l'intérieur d'une épisode de 4 secondes) en fonction d u
temps est illustré en E. La flèche indique le de%ut de la dialyse de la ïTX. En
F, on retrouve les moyennes des événements intracellulaires (n= 30)
apparaissant autour des événements EEG. La pointe négative des grands
potentiels EEG a servi de référence temporelle. Les deux traces supérieures et
inférieures représentent respectivement la moyenne des signaux EEG et
intracelhlaires. Les panneaux B-F ont été réalisés à partir de données
obtenues chez une même cellule. Le potentiel de membrane était de -66 mV.
Figure 2
Distribution bimodale de fréquences des minis chez un
échantillon de 43 neurones pyramidaux enregistrés sans TTX.
Fimre3
Potentiels synaptiques miniatures rencontrés dans les
enregistrements du Groupe 1. E n Al, le gain est faible alors qu'il est élevé en
A2. Le potentiel de membrane était de -70 mV. En B, on retrouve la
distribution des amplitudes (BI)et des temps de montée ("risetime" B2) des
minis enregistrés dans cette cellule. La corrélation entre l'amplitude des
minis du Groupe 1et leur temps de montée est représentée en 83.
Fieure 4
Potentiels synaptiques miniatures rencontrés dans les
enregistrements du Groupe 2. En Al, le gain est faible alors qu'il est élevé en
A2. Le potentiel de membrane était de -58 mV. En B, on retrouve la
distribution des amplitudes (BI)et des temps de montée ("risetirne" B2) des
minis enregistrés dans cette cellule. La corrélation entre l'amplitude des
rninis du Groupe 2 et leur temps de montée est représentée en 83.
Figure 5
Sensibilité pharmacologique des minis retrouvés dans les
enremstrements du Groupe 1. La dialyse de la bicuculline ( B K ) abolit les
minis, ce qui a pour conséquence de réduire la variance du signal (A) et
d'augmenter la R h (8).En C, des exemples d'enregistrements illustrent les
effets de la bicuculline sur les minis d'une même cellule. Les chiffres à droite
représentent le temps en secondes. Le potentiel de membrane se situait à -71
mV. L'amplitude de l'impulsion de courant était de 0.1 nA.
V
Fimre 6
A
Sensibilité pharmacologique des minis retrouvés dans les
enregistrements du Groupe 2. La dialyse de la NBQX abolit la plupart des
minis, produisant ainsi une réduction de la variance du signal intracellulaire
(A) et une augmentation de la Ri, (B). Quelques minis résistèrent à
l'application de la NBQX. Ces événements ont pu, par la suite, être abolit par
une dialyse de bicuculline. En C, des exemples d'enregistrements illustrent
les minis dans des conditions contrôles (Cl),25 minutes après le début de la
dialyse de NBQX (C2) et 10 minutes après le début de la dialyse de bicuculline
(C3).Le potentiel de membrane est passé de -53 m V en conditions contrôles à
-66 mV après la NBQX. L'amplitude de l'impulsion de courant était de 0.1
nA.
Fimire 7
Détermination histologique des sites d'empalement des
neurones remplis de neurobiotine. E n A, un empalement présumé
dendritique. Un montage photographique (Al) montre l'empreinte laissée
par l'électrode intracellulaire ainsi que Ifextrapolation de sa trajectoire
(pointillés) atteignant la cellule enregistrée. En A2, reconstruction du même
neurone réalisée à l'aide de cinq sections avoisinantes. Un montage
photographique (B) montre cinq neurones pyramidaux enregistrés le Long
d'une même descente de l'électrode. Les pointillés indiquent la trajectoire de
la pipette rejoignant la majorité des somata (têtes de flèches). Notez qu'au
moins 2 cellules (indiquées par les flèches) ne sont pas alignées.
TTX (400 sec)
Control
D
TTX (400 sec)
ControI
TTX (480 sec)
TTX (480 sec)
Control
-
A
Control
O
100
200
300
Tirne (sec)
400
TTX
IE
10
20
Frequency (Hz)
30
0
1
2
3
4
5
Amplitude (mV)
6
'
O
1O
20
Riset ime (msec)
30
l
'
I
l
l
20
30
Risetirne ( m e c )
10
Bic
I
1.4-1
O
1O0
200
Bic
4
O
400
300
fime (sec)
500
8
100
200
300
Tme (sec)
400
500
Time (sec)
O
500
1000
1500
Time (sec)
2000
2500
u
Figure 6
CONCLUSION GÉNÉRALE
Dans cette étude, nous avons mis en évidence la présence de potentiels
synaptiques miniatures au niveau d u cortex cérébral chez le chat, et ce, dans
des conditions in vivo. De plus, nous avons caractérisé ces événements
synaptiques selon certains critères pouvant servir à leur identification: soit
leur fréquence, leur nature inhibitrice ou excitahice, leur localisation
somatique ou dendritique ainsi que leur impact sur les propriétés des
neurones pyramidaux du néocortex.
1. RÉSUMÉ DES RÉSULTATS
LORS DE CETTE ÉTUDE
OBTENUS
1.1 Fréquences des m i n i s
Parmi les cellules corticales enregistrées dans nos expériences, la fréquence
des potentiels synaptiques miniatures était distribuée de façon bimodale.
Ainsi, un groupe de cellules affiche une fréquence moyenne de minis de 8-10
Hz (Groupe 1)et l'autre, de 18-24 Hz (Groupe 2).
1.2 Sensibilité pharmacologique des potentiels synaptiques
miniatures
Les minis des enregistrements du Groupe 1 ont été entièrement abolis par la
bicuculline, un antagoniste des récepteurs GABAA- Ils résultent donc de la
libération spontanée de GABA. Les minis des enregistrements du Groupe 2
sont, pour la plupart, abolis par un antagoniste des récepteurs
glutamatergiques non-NMDA (la NBQX). Ils résulteraient donc d'une
libération spontanée de glutamate; quant aux événements résistants, ils ont
pu être abolis par une application subséquente de b i c u d i n e .
1.3 Localisation des synapses libérant du neurotransmetteur
de façon spontanée
Tous les potentiels synaptiques miniatures rencontrés dans nos travaux ont
été enregistrés chez des neurones pyramidaux. Les différences de fréquences
et de sensibilités pharmacologiques nous ont permis d e diviser les
enregistrements en deux groupes distincts: un premier groupe où les minis
sont sensibles à la bicucuiline et se produisent à une fréquence de 8-10 Hz. Un
second groupe d'enregistrements où les minis sont majoritairement sensibles
à la NBQX et se produisent à une fréquence de 18-24 Hz. Afin d'expliquer les
différences caractérisant chacun des deux groupes, nous avons utilisé
certaines données morphologiques indiquant que: (1) du nombre total de
synapses retrouvées sur les cellules pyramidales (i.e. 5000 à 60 000; Larkrnan,
1991), environ 16% sont de type symétrique dont 7% se terminent sur le soma
et 93% sur les dendrites (DeFelipe et Farifias, 1992); (2) chez les neurones
pyramidaux du néocortex, la grande majorité des synapses asymétriques sont
retrouvées sur les épines dendritiques (White, 1989); ( 3 ) il n'y a pas de
synapses asymétriques localisées au niveau du soma; (4) les synapses
excitatrices sont exclusivement localisées dans les dendrites, avec une densité
uniforme, à l'exception des segments dendritiques plus proximaux (jusqu'à
30 p.m du soma) qui sont dépourvus d'épines (Jones et Powell, 1969; Peters et
Kaiserman-Abramof, 1970) et forment majoritairement des synapses
symétriques (Jones et Powell, 1970); et finalement que ( 5 ) la densité
au niveau du soma et
synaptique est estimée à environ 10 par 100
au niveau des dendrites.
d'approximativement 20-30 par 100
Ces informations nous ont amené à supposer que les enregistrements des
Groupes 1 et 2 représentent des enregistrements somatiques ou dendritiques
de cellules pyramidales. En accord avec cette hypothèse, nous avons obtenu
certaines évidences histologiques démontrant que des cellules avaient été
empalées au niveau de leurs dendrites. De plus, ces cellules présentaient des
minis sensibles à la NBQX, dont la fréquence était de 18-24 Hz.
2. SIGNIFICATION FONCTIONNELLE DES POTENTIELS
SYNAPTIQUES MINLATURESSUR LES PROPRIÉTÉS
DES NEURONES PYRAMIDAUX DU NÉOCORTEX
2.1 Dépolarkation soutenue du potentiel de membrane
au niveau des dendrites
Les potentiels synaptiques miniatures glutamatergiques (excitateurs), à cause
de leur fréquence élevée, provoque une dépolarisation soutenue des
dendrites. Donc, ils maintiennent le potentiel de membrane près du seuil de
décharge des potentiels d'action. Ceci suggère qu'en l'absence de TTX, les
PPSs excitateurs synchronisés pourraient initier des potentiels d'action
dendritiques locaux.
2.2 Réduction de la Rh et de la constante d'espace
Comme les rninis GABAA provoquent une réduction de la Rin d'environ
10% (soma et dendrites) et que les minis glutamatergiques non-NMDA la
réduisent de près de 50% (dendrites), nos résultats indiquent que,
comparativement a u x conditions in vitro, où les neurones sont
électriquement compacts, la constante d'espace des dendrites est beaucoup
plus courte in vivo. Ainsi, les valeurs élevées de Rin et t,
rapportées
récemment par plusieurs équipes utilisant des techniques de patch-clamp in
vitro sur des cellules pyramidales corticales ou d'hippocampe (Andersen et
al., 1990; Major et al., 1990; Spruston et Johnston, 1992) pourraient
simplement refléter le manque d'activité synaptique générale de fond
typiquement observé dans les préparations en tranche. Ceci explique
également les valeurs plus négatives d u potentiel de repos remarquées dans
les tranches comparativement aux enregistrements intracellulaires in oivo.
En effet, le bris de nombreuses fibres afférentes au c o u s de la préparation des
tranches produit probablement une diminution dramatique de l'activité
synaptique spontanée.
Présumément, la diminution de la résistance d'entrée produite par la
libération spontanée de neurotransmetteur qui, dans des conditions
normales, est causée par l'activité du réseau, a pour conséquence de diviser
l'arbre dendritique en de multiples compartiments électrotoniquement
distants les uns des autres. Ceux-ci traiteraient les entrées synaptiques de
façon relativement indépendante.
Selon Bernander et al. (1991), la réponse d'une cellule varie de façon
significative selon le degré de synchronisation de ses entrées synaptiques.
Ainsi, l'activité globale du réseau pourrait contrôler l'exécution d e
l'intégration spatiale et temporelle de chacun des neurones (Bemander et ai.,
1991).
Donc, quand les entrées synaptiques ont une fréquence nulle (f=O), même la
partie distale de l'arbre dendritique apical de la couche I présente une distance
électrotonique équivalente n'excédant pas 1.2, alors que la distance
électrotonique augmente à 2.5 quand f=2. En d'autres mots, l'entrée dans les
couches superficielles de l'arbre devient de plus en plus découplées du soma
quand l'activité du réseau augmente.
Dans le domaine temporel, tant que f augmente, la cellule discrimine mieux
les entrées synaptiques arrivant simultanément qu'elle ne le fait pour ces
mêmes entrées éparpillées dans le temps. Ainsi, la cellule agirait comme un
détecteur de coüicidence dont le pouvoir de discrimination augmente en
même temps que l'activité générale du réseau. De plus, la présence d'entrées
synaptiques massives, telle qu'une stimulation visuelle, produira une
augmentation transitoire de la conductance d'entrée dendritique, réduisant
ainsi la constante de temps et augmentant la sensibilité de la cellule à la phase
temporelle. Ces résultats pourraient donc avoir des implications importantes
pour la pertinence du patron temporel de l'activité neuronale dans le cortex
(Gray et al., 1989; Crick et Koch, 1990).
BIBLIOGRAPHIE
Agmon A. et Connors B.W. 1989. Repetitive burst-firing neurons in the deep
layers of mouse somatosensory cortex. Neurosci. Lett. 99 (1-2): 137-141.
Mger B.E. et Nicoll RA. 1980. Spontaneous inhibitory post-synaptic
potentials in hippocampus: mechanism for tonic inhibition. Brain
Res. 200: 195-200.
Andersen P., Raastad M. et Storm J.F. 1990. Excitatory synaptic integration in
hippocampal pyramids and dentate granule cells. CoId Spring Harbor
Symp. Quant.Biol. 55: 81-86.
Bekkers J.M. et Stevens C.F. 1996. Cable Properties of Cultured Hippocampai
Neurons Determined From Sucrose-Evoked Miniature EPSCs. J.
Neurophysiol. 75 (3): 1250-1255.
Bekken J.M., Richerson G.B.et Stevens C.F. 1990. Origin of variability in
quantal size in cultured hippocampal neurons and hippocampal slices.
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 87: 5359-5362.
Bemander O., Douglas R.J., Martin K.A. et Koch C. 1991. Synaptic
background activity influences spatiotemporal integration in single
pyramidal cells. Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 88: 11569-11573.
Bemander O., Koch C. et Douglas R. 1994. Amplification and Linearization
of Distal Synaptic Input to Cortical Pyramidal Cells. J. Neurophysiol.
72 (6): 2743-2753.
Burgard E.C. et Hablitz J.J. 1993. NMDA receptor-mediated components of
miniature excitatory synaptic currents in developing rat neocortex. J.
Neurophysioi. 70 (5): 1841-1852.
C a d e r L.J. et C o ~ o r B.W.
s
1994. Synaptic physiology of horizontal afferents
io layer 1 in slices of rat SI neocortex. J. Neurosci. 14 (2): 751-762.
Christie B.R.,Eliot L.S., Ito K, Miyakawa H. et Johnston D. 1995. Different
ca2+ charnels in soma and dendrites of hippocampal pyramidal
neurons mediate spike-induced ca2+influx. J. Neurophysiol. 73
(6): 2553-2557.
Cipolloni P.B. et Peters A. 1983. The termination of callosal fibres in the
auditory cortex of the rat. A combined Golgi-electron microscope and
degeneration shidy. J. Neurocytol. 12: 713-726.
Colbert C.M. et Johnston D. 1996. Axonal action-potential initiation and Na+
Channel densities in the soma and axon initial segment of subicular
pyramidal neurons. J. Neurosci. 16 (21): 6676-6686.
Collingridge G.L., Gage P.W. et Robertson B. 1984. Inkibitory post-synaptic
currents in rat hippocampal CA1 neurons. J. Physiol. 356: 551-564.
Colonnier M. 1968. Synaptic patterns on different ce11 types in the different
laminae of the cat visual cortex. An electron microscope study. Brain
Res. 9: 268-287.
Colonnier M. 1981. The electron-rnicroscopic analysis of the neuronal
organization of the cerebral cortex. Dans: The Organization of the
Cerebral Cortex (G. Adelman, S.G. Demis, F.O. Schmitt, et F.G.
Worden, eds.). MIT Press, Cambridge, Mass., pp. 125-153.
Comors B.W. et Gutnidc M.J. 1990. Intrinsic f i ~ patterns
g
of diverse
neocortical neurons. Trends Neurosci. 13 (3): 99-104.
C o ~ o r B.W.,
s
Malenka R.C. et Silva L.R. 1988. Two inhibitory postsynaptic
potentials, and GABAA and GABAB receptor-mediated responses in
neocortex of rat and cat. J. Physiol. Lond. 406: 443-468.
Conti F., DeFelipe J., Farinas 1. et Manzoni T. 1989. Glutamate-positive
neurons and axon terrninals in cat sensory cortex: A correlative light
and electron miaoscopic study. J. Comp. Neurol. 290: 141-153.
Conti F., Fabri M. et Manzoni T. 1987. An immunocytochemical shidy on
glutamatergic cortico-cortical neuxons in the somatic sensory areas of
monkeys. Soc. Neurosci. Abstr. 13: 250.
Coombs S.J., Curtis D.R. et Ecdes J.C. 1957. The interpretation of spike
potentials of motoneuones. J. Physiol. 139: 198-231.
Crick F. et Koch C. 1990. Semin. Neurosci, 2: 263-275.
DeFelipe J. et Fariiias 1. 1992. The pyramidal neuron of the cerebral cortex:
morp hological and chemical characteristics of the synaptic inputs.
Prog. Neurobiol. 39: 563-607.
DeFelipe J., Conti F., Van Eyck S.L.et Manzoni T. 1988. Demonstration of
glutamate-positive axon tenninals forming asymmetnc synapses in cat
neocortex. Brain Res. 455: 162-165.
Dori I., Petrou M. et Pamavelas J.G. 1989. Excitatory trammitter amino acidcontaining neurons in the rat visual cortex: A light and electron
microscopic immunocytochemical study. J. Comp. Neurol. 290: 169184
Dunlap K., Luebke J.I. et Turner T.J. 1995. Exocytosis Ca2+ channels in
mammalian central neurons. Trends Neurosci. 18 (2): 89-98.
Dunlup J., Grieve A., Damgaard I., Schousboe A. et Griffith R. 1992.
Sulphur-containing excitatory amino aud-evoked ca2+-independent
release of ~ - [ ~ ~ ] ~ s ~ from
a r t cultured
ate
cerebeilar granule cells: The
role of glutamate receptor activation coupled to reversal of the acidic
amino acid plasma membrane carrier. Neuroscience 50: 107-115.
Eliot L.S. et Johnston D. 1994. Multiple components of calcium curent in
accutely dissociated dentate gyrus granule neurons. J. Neurophysiol.
72 (2): 762-777.
Elliott E.M., Malouf A.T. et Catterall W.A. 1995. Role of calcium chamel
subtypes in calcium transients in hippocampal CA3 neurons. J.
Neurosci. 15 (10): 6433-6444.
Emson P.C. et Lindvall 0. 1979. Distribution of putative neurotransmitters
in the neocortex. Neuroscience 4: 1-30.
FarEas 1. et DeFelipe J. 1991a. Patterns of synaptic input on corticocortical
and corticothalamic cells in the visual cortex 1. The ce11 body. J. Comp.
Neurol. 304: 53-69.
Fariiias 1. et DeFelipe J. 1991b. Pattern of synaptic input on corticocortical
and corticothalamic cells in the visual cortex II. The ce11 body. J. Comp.
Neuroi. 304: 70-77.
Fatt P. et Katz B. 1952. Spontaneous subthreshold activity at motor nerve
endings. J. Physiol. 117: 109-128.
Gilbert C.D. 1983. Microcircuitry of the visual cortex. Am. Rev. Neurosci. 6:
217-248.
Gray C.M. et McCormick D.A. 1996. Chattering Cells: Superficial Pyramidal
Neurons Contributkg to the Generation of Synchronous Oscillations
in the Visual Cortex. Saence 274: 109-113.
Gray CM., Konig P., Engel AX. et Singer W. 1989. Oscillatory responses in
cat visual cortex exhibit inter-columnar synchronization which refiects
global stimulus propeaies. Nature 338: 334-337.
Gray E.G. 1959. Axo-somatic and axo-dendritic synapses of the cerebral cortex:
An electron microscopie study. J. Anat. 93: 420-433.
G m e r J.E., Hirsch J-C. et Sotelo C. 1974. Ultrastructural features of the
isolated suprasylvian p s . J. Comp. Neurol. 154: 1-27.
Hammond C. et Tritsch D. 1990. Neurobiologie cellulaire: canaux ioniques
et transmission synaptique. Doin, éditeur. Paris. 631 pages.
Hersh S.M. et White E.L.. 1981. Quantification of synapses formed with
apical dendrites of Golgi impregnated pyramidal cells: Variability in
thalamocortical inputs and consistency in the ratios of asymmetrical to
symmetrical synapses. Neuroscience 6: 1043-1051.
Hirsh J.A. et Gilbert C.D. 1991. Synaptic physiology of horizontal connections
in the cat's visual cortex. J. Neurosci. 11: 1800-1809.
Holmes W.R. et Woody C.D. 1989. Effects of uniform and non-uniform
synaptic "activation-distributions" on the cable properties of modeled
cortical pyramidal neurons. Brain Res. 505 (1): 12-22.
Houser C.R., Vaughn J.E., Hendry S.H.C., Jones E.G. et Peters A. 1984. GABA
neurons in the cerebral cortex. Dans: The Cerebral Cortex. Vol. 2,
Functional Properties of Cortical Cells (E.G. Jones et A. Peters, eds.).
Plenum Press, New York, pp. 63-89.
Huguenard J.R., H a m a O.P. et Prince D.A. 1989. Sodium channels in
dendrites of rat cortical pyramidal neurons. Proc. Natl. Acad. Sci. USA.
86: 2473-2477.
Isokawa M. 1996. Decrement of GABAA receptor-mediated inhibitory
postsynaptic currents in dentate granule cells in epileptic hippocampus.
J. Neurophysiol. 75 (5): 1901-1908.
Jaffe D.B., Johnston D., Lasser-Ross N., Lisman J.E., Miyakawa H. et Ross W.N.
1992. The spread of NaCspikes determines the pattern of dendritic
ca2+entry into hippocampal neurons. Nature 357: 244-246.
Jaslove S.W. 1992. The integrative properties of spiny distal dendrites.
Neuroscience 47 (3): 495-519.
Johmton D., Magee J.C., Colbert C.M. et Christie B.R. 1996. Active properties
of neuronal dendrites. Am. Rev. Neurosci. 19: 165-186.
Johnston G.A. 1994. Rand Lecture, ASCEPT. GABA receptors: as complex
as ABC? Clin. Exp. Pharmacol. Physiol. 21 (7): 521-526.
Jones E.G. 1981. Functional subdivision and synaptic organization of the
mammalian thalamus. Int. Rev. Physiol. 25: 173-245.
Jones E.G. 1981. Anatomy of cerebral cortex: columnar input-output
organization. Dans: The organization of the cerebral cortex. F.O.
Schmitt, F.G. Worden, G.Adelman et S.G. Demis, éditeurs. The MIT
Press, Cambridge MA. pp. 199-235.
Jones E.G. 1985. The Thalamus. New York: Plenum Press. 935 pages.
Jones E.G. et Powell T.P.S. 1969. Morphological variations in the dendritic
spines of the neocortex. J. Cell. Sa. 5: 509-529.
Jones E.G. et Powell T.P.S.1970. Electron microscopy of the somatic sensory
cortex of the cat. 1. Cell types and synaptic organization. Philo. Trans.
R. Soc. Lond. B 257 1-11.
Katz B. et Miledi R. 1967. A study of synaptic transmission in the absence of
nerve impulses. J. Physiol. 192: 407-436.
Katz E., Ferro P.A., Cherksey B.D., Sugimori M., Llinis R. et Uchitel O.D. 1995.
Effects of ca2+ channels blockers on transmitter release and presynaptic
currents at the frog neuromuscular junction. J. Physiol. 486 (3): 695706.
Keller A. et White E.L. 1989. Triads: a synaptic network component in the
cerebral cortex. Brain Res. 496: 105-112.
Korn H., Bausela F., Charpier S. et Faber D.S. 1993. Synaptic noise and
multiquantal release at dendritic synapses. J. Neurophysiol. 70 (3): 1249-1254.
Kmjevic K. 1974. Chemical nature of synaptic transmission in vertebrates.
Physiol. Rev. 54: 418-540.
Kuno, M. 1995. The Synapse: Function, Plastiuty, and Neurotrophism.
Oxford University Press, New York. 249 pages.
Larkman A.U. 1991. Dendritic morphology of pyramidal neurones of the
visual cortex of the rat: III. Spine Distributions. J. Comp. Neurol. 306:
332-343.
Lev-Ram V., Miyakawa H., Lasser-Ross N. et Ross W.N. 1992. Calcium
transients in cerebellar Purkinje neurons evoked by intracellular
stimulation. J. Neurophysiol. 68 (4): 1167-1177.
LeVay S. et Gilbert C.D. 1976. Laminar patterns of geniculocortical projection
in the cat. Brain Res. 113 (1):1-19.
Levi G. et Raiteri M. 1993. Carrier-mediated release of neurotransmitters.
Trends Neurosci. 16 (10): 415-419.
Ling D.S.et Benardo L.S. 1995. Recruitment of GABAA inhibition in rat
neocortex is limited and not NMDA dependent. J. Neurophysiol. 74
(6): 2329-2335.
Lliniis R., McGuinness T.L., Leonard C.S., Sugirnori M. et Greengard P. 1985.
Intraterminal injection of synapsin I or calcium/calmodulindependent protein kinase II alters neurotransmitter release at the squid
giant synapse. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 82: 3035-3039.
Lliniis R.R. 1988. The intrinsic electrophysiological properties of mamrnalian
neurons: insights into central nervous system function. Science 242:
1654-1664.
Lorente de No R. e t Coundouris G A . 1959. Decremental conduction in
peripheral nerve integration of stimuli in the neuron. Proc. Natl.
Acad. Sci. U.S.A. 45: 592-617.
Magee J.C. et JohnstonD. 1995a. Synaptic Activation of Voltage-Gated
Channels in the Dendrites of Hippocampal Pyramidal Neurons.
Science 268: 301-304.
Magee J-C. et Johnston D. 1995b. Characterization of single voltage-gated Na+
and ca2+ channels in apical dendrites of rat CA1 pyramidal neurons. J.
Physiol. 487 (1): 67-90.
Major G., Larkman A.U. et Jack J.J.B. 1990. Constraining non-uniqueness in
passive electncal models of cortical pyramidal neurones. J. Physiol.
(London) 430: 13P.
Mason A., Nicoll A. et Stratford K. 1991. Synaptic hansmission between
individual pyramidal neurons of the rat visual cortex in vitro. J.
Neurosa. 11(1): 72-84.
McBain C. et Dingledine R. 1992. Dual-cornponent miniature excitatory
synaptic currents in rat hippocampal CA3 pyramidal neurons. J.
Neurophysiol. 68 (1): 16-27.
McCormick D.A. 1992. Neurotransmitter actions in the thalamus ans
cerebral cortex and their role in neuromodulation of thalamocortical
activity. Prog. Neurobiol. 39: 337-388.
Mignard M. et Malpeli J.G. 1991. Paths of information flow through visual
cortex. Science 251: 1249-1251.
Miledi R. et Slater C.R. 1966. The action of calcium on neuronal synapses in
the squid. J. Physiol. (London) 184: 473-498.
Miles R. et Wong K.S. 1984. Unitary inhibitory synaptic potentials in the
guinea-pig hippocampus iri vitro. J. Physiol. 356: 97-113.
Miyakawa H., Ross W.N., Jaffe D., Callaway J.C., Lasser-Ross N., Lisman J.E. et
Johnston D. 1992. Synaptically activated increases in ca2+
concentration in hippocampal CA1 pyramidal cells are prïmarily due to
voltage-gated ca2+ channels. N e u o n 9 (6): 1163-1173.
Nicholls J.G., Martin A.R. et Wallace B.G. 1992. From neuron to brain. Third
edition. Sinauer Associates, Inc. Sunderland, MA, U.S.A. 807 pages.
Nuiiez A., Amzica F. et Steriade M. 1993. Electrophysiology of cat association
cortex cells in giuo: Intrinsic properties and synaptic responses. J.
Neurophysiol. 70: 418-430.
Otis T.S. e t Mody 1. 1992. Modulation of decay kinetics and frequency of
GABAA receptor-mediated spontaneous inhibitory postsynaptic
currents in hippocampal neurons. Neuroscience 49: 13-32.
Paulsen O. et Heggelund P. 1994. The quantal size at retinogeniculate
synapses determined hom spontaneous and evoked EPSCs in guineapig thalamic slices. J. Physiol. 480 (3): 505-511.
Peters A. 1987. The bipolar cell in rat visual cortex. Soc. Neurosci. Abstr. 13:
359.
Peters A. et JonesE.G. 1984. Classification of cortical neurons. Dans:The
Cerebral Cortex. Vol. 1, Cellular Components of the Cerebral Cortex (A.
Peters et E.G. Jones, eds.). Plenum Press, New York, pp. 107-121.
Peters A. et Kaiserman-Abramof I.R. 1970. The small pyramid neuron of the
rat cerebral cortex. The perikqon, dendrites and spines. Am. J. Anat.
127: 321-356.
Peters A., Palay S.L. et Webster H.F. 1991. The Fine Structure of the Nemous
System: neurons and their supporter cells. 3rd edition. Oxford
University Press, New York. 494 pages.
Piccolino M. et Pignatelli A. 1996. Calcium-independent synaptic
transmission: artifact or fact ? Trends Neurosci. 19 (4): 120-125.
Ragozzino D., Woodward R.M., Murata Y., Eusebi F., Overman L.E. et Miledi
R. 1996. Design and in vitro pharmacology of a selective gammaaminobutyric acid receptor antagonist. Mol. Pharmacol. 50 (4): 10241030.
Rall W. 1959. Branching dendritic trees and motoneuron membrane
resistivity. Exp. Neurol. 1: 491-527.
Regehr W., Kehoe J.S., Ascher P. et Armstrong C. 1993. Synaptically triggered
action potentials in dendrites. Neuron 11 (1):145-151.
Ropert N., Miles R. et Kom H. 1990. Characteristics of miniature inhibitory
postsynaptic currents in CA1 pyramidal neurones of rat hippocampus.
J. Physiol. 428: 707-722.
Ross W.N. et Werman R. 1987. Mapping calcium transients in the dendrites
of Purkinje cells from guinea-pig cerebellum in vitro. j.Physiol. 389:
319-336.
Salin P.A. et P ~ c D.A.
e
1996. Spontaneous GABAA recep tor-mediated
inhibitory currents in adult rat somatosensory cortex. J. Neurophysiol.
75 (4): 1573-1588.
Scanziani M., Capogna M., Gahwiler B.H. et Thompson S.M. 1992.
Presynaptic inhibition of miniature excitatory synaptic currents by
baclofen and adenosine in the hippocampus. Neuron 9 (5): 919927.
Schwartz E.A. 1987. Depolarization Without Calcium Can Release gAminobutyric Acid from a Retinal Neuron. Science 238: 350-355.
Schwindt P.C. et Crill W.E. 1995. Amplification of synaptic current by
persistent sodium conductance in apical dendrite of neocortical
neurons. J. Neurophysiol. 74 (5): 2220-2224.
Shepherd G.M., Brayton R.K., Miller J.P., Segev L, Rinzel J. et Rall W. 1985.
Signal enhancement in distal cortical dendrites by means of interaction
between active dendritic spines. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 82: 21922195.
Silva L.R., Chagnac-Amitai Y. et Connors B.W. 1989. Intrinsic oscillatory
properties of layer 5 neocortical neurons. Soc. Neurosci. Abstr. 15: 660.
Silver R.A., Traynelis S.F. et Cdl-Candy S.G. 1992. Rapid-time-course
miniature and evoked excitatory currents at cerebellar synapses in situ.
Nature 355: 163-166.
Spmston N. et Johnston D. 1992. Perforated patch-clamp analysis of the
passive membrane properties of three classes of hippocampal neurons.
J. Neurophysiol. 67: 508-529.
Spruston N., Jaffe D.B. et Johnston D. 1994. Dendritic attenuation of synaptic
potentials and currents: the role of passive membrane properties.
Trends Neurosci. 17 (4): 161-166.
Spmston N., Jaffe D.B.,Williams S.H. et Johnston D. 1993. Voltage- and
Space-Clamp Errors Assoaated With the Measurement of
Electrotonically Remote Synaptic Events. J. Neurophysiol. 70 (2):
781-802.
Spmston N., Jonas P. et Sakmann B. 1995a. Dendritic glutamate receptor
charnels in rat hippocampal CA3 and CA1 pyramidal neurons. J.
Physiol. 482 (2): 325-352.
Spmston N., Schiller Y., Stuart G. et Sakmam B. 1995b. Activity-dependent
action potential invasion and calcium influx into hippocampal CA1
dendrites. Science 268: 297-300.
Stafstrom C.E., Schwindt P.C., Chabb M.C. et C r u W.E. 1985. Properties of
persistent sodium ans calcium conductances of layer 5 neurons frorn
cat sensory motor cortex in vivo. J. Neurophysiol. 55: 153-170.
Steriade M. et Llinas R.R. 1988. The functional States of the Thalamus and
the Associated Neuronal Interplay. Physiol. Rev. 68 (3): 649-742.
Stuart G.et Sakmann B. 1994. Active propagation of somatic action
potentials into neocortical pyramidal ceIl dendrites. Nature 367: 69-72.
Sugirnon M., Lang E.J., Silver R.B., et Llinis R. 1994. High-resohtion
measurement of the time course of calcium-concentration
microdomains at squid presynaptic terminais. Biol. Bull. 187 (3): 300303.
Sutor B. et Hablitz J.J. 1989. EPSPs in rat neocortical neurons in vitro. II.
Involvement of N-methyl-D-aspartate recep tors in the generation of
EPSPs. J. Neurophysiol. 61: 621-634.
Szentàgothai J. 1965. In: Progress in Brain Research, vol. 14, The Use of
Degeneration in the Investigation of the Investigation of Short
Neuronal Connections (M. Singer et J.P. Shade eds.). Elsevier,
Amsterdam. pp. 1-32.
Tank D.W., Sugimori M., Connors J.A. et Lliniis R.R. 1988. Spatially resolved
calcium dynamics of mammalian Purkinje cells in cerebellar slice.
Science 242: 773-777.
Thompson A.M., Girldlestone D. et West D.C. 1988. Voltage-dependent
currents prolong single-axon postsynaptic potentials in layer III
pyramidal neurons in rat neocortical slices. J. Neurophysiol. 60: 18961907.
Thompson S.M. et Gahwiler B.H. 1992. Effects of the GABA uptake inhibitor
tiagabine on inhibitory synaptic potentials in rat hippocampal slice
cultures. J. Neurophysiol. 67(6): 1698-1701.
Thomson A.M., West D.C. et Deuchars J. 1995. Properties of single axon
excitatory postsynaptic potentials elicited in spiny interneurons by
action potentials in pyramidal neurons in slices of rat neocortex.
Neuroscience 69 (3): 727-738.
Turner R.W., Meyers D.R., Richardson T.L. et Barker J. 1991. The site for
initiation of action potential discharge over the somatodendritic axis of
rat hippocampal CA1 pyramidal neurons. J. Neurosci. 11: 2270-2280.
Ulridi D. et Lüscher H.R. 1993. Miniature excitatory synaptic currents
corrected for dendntic cable properties reveal quantal size and variance.
J. Neurophysiol. 69 (5): 1769-1773.
Vautrin J., Schaffher A.E. et Barker J.L. 1992. Two dasses of spontaneous
GABA-mediated miniature synaptic currents in cultured rat
hippocampal neurons. Neurosci. Lett. 138: 67-71.
White E.L. 1978. Identified neurons in m o u e Sm1 cortex which are postsynaptic to thalamocortical axon tenninals: A combined Golgi-electron
rnicroscopic and degeneration study. J. Comp. Neurol. 181: 627-662.
White E.L. 1989. Cortical circuits: synaptic organisation of the cerebral cortex
-structure function and theory -. Birkhauser, Boston, MA. 223 pages.
White E.L. et Rock M.P. 1980. Three dimensional aspects and synaptic
relationships of a Golgi impregnated spiny stellate ceIl reconstructed
from serial thin sections. J. Neurocytol. 9: 615-636.
White E.L. et Rock M.F. 1981. A comparaison of thalamocortical and other
synaptic inputs to dendrites of two non-spiny neurons in a single barre1
of mouse Sm1 cortex. J. Comp. Neurol. 195: 265-277.
Yuste R. et Tank D.W. 1996. Dendritic integration in mammalian neurons, a
c e n w after Cajal. Neuron 16: 701-716.
---
APPLIED 4 I I G E , Inc
-- Rochester,
East
------
Main Straet
NY 14609 USA
Phone: 716i482-0300
F m 716n88-5989
1653