Cours 5 Flashcards
Pourquoi utiliser des primates non-humains pour la recherche en neuroscience?
• Similaire aux humains génétiquement, anatomiquement et sur le plan comportemental
–>permet aux scientifiques d’étendre les résultats expérimentaux
aux théories de fonctionnement du cerveau humain
• Capables d’être entrainés à effectuer des comportements et tâches plus complexes que d’autres modèles animaux
–> permet aux scientifiques d’examiner l’activité neurale alors que les animaux effectuent des tâches identiques ou similaires à celles effectuées par les humains dans des études psychophysiques ou cognitives
Quels sont 4 exemples de sujets de recherche étudiés chez les primates non-humains?
- Quelle est la base neurale des fonctions cognitives supérieures? primates sont + semblables à nous sur le pt de la cognition, quand on étudie les aspects cog, ils sont très reliés aux aspects sensoriels et moteurs car une partie se passe dans les syst plus bas
- Comment les signaux sensoriels sont-ils traités et combinés pour la perception et l’action?
- Comment planifier et contrôler nos actions motrices?
- Désordres neurologiques
Quels sont les aspects généraux des expériences chez les primates non-humains? (5)
• Les singes utilisés le plus fréquemment incluent le macaque rhésus (Macaca mulatta) et le singe cynomolgus (Macaca fascicularis)
• Travailler avec des singes implique un grand inverstissement de ressources et de temps
• L’utilisation des singes est minimisée autant que possible
– typiquement, 1-3 singes sont utilisés dans une période de 3-5 ans
• Les expériences sur les primates mettent l’accent sur l’enregistrement des propriétés de réponse neurale alors que des animaux entraînés effectuent des tâches
comportementales
– la puissance statistique est atteinte non pas par le nombre d’animaux étudiés mais plutôt par le nombre de neurones enregistrés
• Chaque expérience est typiquement effectuée avec un minimum de 2 animaux pour assurer la reproductibilité des résultats
Quelle est la structure de base des expériences chez les primates non-humains? (7)
- Conception d’une tâche expérimentale pour répondre à une question spécifique
– Quelle est la structure de la tâche?
– Comment les stimuli seront-ils présentés?
– Comment le comportement sera-il mesuré?
contrairement à quand on travaille avec rongeurs ou humains (bcp de sujets), avec primates, on doit préciser les tâches expérimentales bcp +, on peut pas changer les paramètres d’un exp au cours de l’exp (on peut pas les entrainer à faire une tâche +ieurs fois), on fait les exp pilotes chez l’humain pour bien connaitre tâche avant de pouvoir construire exp chez singes - Assembler ou construire l’équipement expérimental nécessaire pour effectuer cette tâche et l’acquisition des données
- Préparer un animal pour l’entrainement (familiarisation avec le laboratoire, l’équipement et le personnel; parfois chirurgies pour implanter des appareils de mesure du comportement)
- Entrainer l’animal à effectuer la tâche
- Procédure chirurgicale pour permettre l’accès au cerveau
- Enregistrements neuraux alors que l’animal effectue la tâche
- Analyse des données où l’activité neurale est corrélée avec le comportement
Quels sont 4 méthodes de présentation du stim?
- Stimulus visuel sur un écran
- Stimulateur tactile; test traitements somatosensoriels
- F ou perturbations appliquées sur bras robotique; pour voir bases neuronales de l’apprentissage moteur
- Système de mouvement pour bouger le singe dans l’espace; Pour comprendre comment créé estimations de mvmts dans l’espace et comment on utilise l’info pour prod nos mvmts, comment on coordonne nos actions complexes et comment on crée nos estimations pour pouvoir les faire
Comment on mesure la performance comportementale?
Mouvements des yeux:
- Scleral search coil technique
• Le singe est assis avec la tête centrée dans le champ magnétique
• Lorsqu’il bouge les yeux, le champ magnétique induit de petits courants dans le “eye coil” qui sont mesurés comme des changements de potentiel proportionels à la position de l’oeil
- Oculomètre
• Système utilisant une caméra pour suivre le mouvement des yeux
• Souvent ce type système suit la position de la pupille
• Résolution temporelle et spatiale limitée comparativement à une approche utilisant un système de champ magnétique
Mouvement du bras:
- Bras robotisé ou interface manipulable et Système de caméra pour mesurer trajet
- Écran tactile Mesure la position de la main au début et à la fin du mouvement mais pas le trajet (mesure prise de décision)
Activité muscu:
Enregistrements électromyographiques (EMG)
• Enregistrement des potentiels électriques générés par les cellules musculaires en réponse à une stimulation neurale ou électrique
Électrodes de surface, Électrodes percutanées, Électrodes implantées chroniquement
Comment on fait l’entrainement comportemental? Quelles sont les étapes de base?
• Consiste à former graduellement le comportement du singe par renforcement positif, on ne punit jamais un singe
• Selon la difficulté de la tâche, le temps d’entrainement varie de 2-3 mois (ex., tâche simple
de mouvement des yeux) à 1-2 années (tâches cognitives plus complexes)
Étapes de base:
1. Apprendre à sortir de la cage et à entrer dans une chaise de primate et devenir familier avec le lab et le personnel du lab
• 1-2 semaines pendant lesquelles le singe vient au lab quotidiennement et reçoit des récompenses pour qu’il devienne confortable avec l’environnement et le perçoive positivement
2. Apprendre la tâche expérimentale
• Introduction à l’appareillage expérimental et concepts simples sur quoi faire
• Introduction progressive de nouveaux concepts étape par étape
• Perfectionnement de la tâche (+ de précision et + rapide)
Quels sont les appareils implantés chirurgicalement? (3)
- Appareils pour mesurer les réponses comportementales
• “Eye coil”
– bobine de fil suturé sur la sclérotique de l’oeil pour mesurer les déviations de la position de l’oeil à l’aide du “scleral search coil technique”
• Électrodes EMG
– électrodes en fil implantées dans le muscle pour mesurer l’activité musculaire lors de tâches motrices - Système de fixation de la tête
• Implant ou poteau attaché à la tête afin de permettre la stabilisation de la tête pour l’enregistrement neuronal et certaines tâches comportementales - Implants pour l’accès à long terme au cerveau
• Chambre pour enregistrement:
– cylindre avec un bouchon vissable
– implanté autour d’un trou ouvert chirugicalement dans le crâne par craniotomie de sorte que la surface du cerveau puisse être exposée lors d’expériences d’enregistrement neuronal
– le cerveau est protégé en refermant le bouchon
• Réseau d’électrodes implanté de façon chronique:
− Réseau d’électrodes implanté à long terme pour
enregistrer l’activité d’une population neuronale
• Canule:
− tube cylindrique étroit utilisé pour accéder aux
structures profondes du cerveau
− utilisé pour introduire des électrodes étroites ou pour délivrer des agents pharmacologiques, vecteurs viraux ou des sondes optiques pour la stimulation avec lumière
• Fenêtre crânienne:
− Fenêtre d’observation créée lors d’une craniotomie ou en polissant une partie du crâne pour le rendre translucide et permettant un accès visuel aux structures superficielles du cerveau
− Utilisée pour l’imagerie des neurones (ex., neurones marqués avec des traceurs fluorescents)
Comment se font les procédures chirurgicales? (6)
• Les procédures chirugicales sont effectuées dans des conditions de travail stériles
– Les instruments chirugicaux, les implants, et les draps couvrant la plupart de la surface de travail sont typiquement stérilisés à l`aide d’un autoclave
– L’autoclave est un appareil qui augmente sa pression interne afin de créer de la vapeur d’eau à une température supérieure au point d’ébullition naturel de l’eau la vapeur à haute température est utilisée pour tuer les microorganismes
– Parfois un gaz ou un désinfectant chimique est utilisé pour stériliser les outils ou implants qui sont sensibles à la chaleur
– Le chirugien porte une blouse stérile et des gants stériles ainsi qu’un masque chirugical, un filet à cheveux et des lunettes pour protéger les yeux
• L’animal est anesthésié avec des agents pharmacologiques ou un anesthétique au gaz
– Ketamine souvent combiné avec Xylazine (propriétés sédatives and analgésiques)
– Isoflurane (anesthétique au gaz, éther inhalable)
• L’animal est souvent positionné dans un instrument stéréotaxique afin de placer précisément les implants relativement aux structures d’intérêt dans le cerveau
• Pour accéder au cerveau afin de faire les enregistrements neuraux un petit trou est fait dans le crâne procédure appelée craniotomie
• Les implants permanents sont typiquement maintenus en place à l’aide de vis à os ou alternativement avec un ciment cranioplastique ou acrylique dentaire
• Après la chirugie les animaux sont traités avec des analgésiques et des agents antibiotiques pendant une période de récupération
Comment on fait un placement stéréotaxique des implants?
- Un instrument stéréotaxique est conçu pour positionner la tête de l’animal dans une orientation précise afin de définir un cadre de référence en 3D qui soit constant d’un animal à un autre
- Un atlas stéréotaxique fourni des informations sur la position des structures du cerveau dans ce cadre de référence stéréotaxique
Comment on fait un placement des implants à l’aide de l’imagerie par résonance magnetique?
• Reconstruction des régions d’intérêt pour l’enregistrement en 3D à partir d’une série d’images d’IRM
• Estimation d’où la chambre devrait être placé afin que les électrodes atteignent les régions d’intérêt
• Calibration de cette emplacement désiré de la chambre par rapport à des points de repère fixés sur le crâne
Met pins en or dans crâne de l’animal avec IRM pour faire correspondances entre pts sur vrai crâne et pts sur image pour positionner électrodes spécifiquement
Quelles sont les 3 techniques d’enregistrements in vivo? Elles servent à mesurer quoi?
Intracell: • Interactions synaptiques entre les neurones
• Comment les agents pharmacologiques, NT et neuromodulatateurs affectent les potentiels locaux et les potentiels d’action d’un neurone
Patch: • Fonction de canaux individuels et leur contribution à l’activité du neurone entier
Extracell: • Comment un neurone contribue à différents comportements?
• Quelle information est encodée?
• Comment l’activité d’un groupe de neurones est-elle coordonnée?
Qu’est-ce qu’un pot extracell? Quelles sont les 2 hypothèses simplificatrices pour estimer le pot et les 2 conclusions?
- Produit par le courant qui traverse l’espace extracellulaire
- Il n’y a pas d’accumulation de charges dans ce milieu conducteur
- Par conséquent, lorsqu’un courant entre dans un neurone, il doit y avoir un courant équivalent qui sort à travers la membrane vers le milieu extracellulaire
- L’écoulement du courant est produit par des sources et puits séparées dans l’espace
Hypothèses simplificatrices pour estimer le potentiel:
• Considérer chaque source/puit de courant comme un source point
• Considérer le milieu extracellulaire comme un conducteur homogène
- Les potentiels extracellulaires réflètent la somme des contributions de nombreuses sources/puits de courant dans un volume conducteur
- La contribution de chaque source/puit au potentiel extracellulaire est inversement reliée à sa distance par rapport à l’électrode d’enregistrement
Quels sont les 2 types de pot extracell?
- Potentiels d’action
• Composante à haute fréquence du signal extracellulaire (100 Hz-10kHz)
• Enregistrement près de la cellule (pointe de l’électrode < 140 μm du neurone)
• Reflète le signal de sortie du neurone avec une résolution temporelle de l’ordre de la milliseconde
• Généralement accepté comme la mesure donnant le plus d’information par rapport à ce que les neurones encodent/signalent
• L’amplitude du potentiel extracellulaire proche du soma est beaucoup moins grande que le potentiel intracellulaire et son potentiel est inversé - Potentiels de champ
• Composante à basse fréquence du signal extracellulaire (< 100Hz)
• Peuvent être enregistrés loin du corps cellulaire
– les potentiels extracellulaires dus aux décharges neurales (càd., composante à haute fréquence du signal extracellulaire) sont fortement atténués en s’éloignant du corps cellulaire une explication possible est que le tissu neural à des propriétés de filtre passe-bas
• Puisque les potentiels de champ représentent l’activité dans un volume de tissu ils sont plus difficile à interpréter
• Des données suggèrent qu’ils reflètent en grande partie les courants synaptiques
• Les potentiels de champ sont souvent classés en bandes de fréquences basées sur leur corrélation avec différents états comportementaux
Qu’est-ce que la dépendance spatiale de la forme du potentiel extracellulaire?
• La forme et l’amplitude du potentiel extracellulaire dépend de la position de l’électrode et de la géometrie de la cellule
Ce qu’on mesure avec l’électrode varie selon ou on place l’électrode
- près du soma, neg en 1er et après +
- près de l’axone: monophasique et positif
Ce qu’on mesure extracell est bcp moins fixe que ce qu’on mesure en intracell
• L’amplitude des potentiels d’action diminue très rapidement avec distance du soma
