Semaine 5 - Neurophysiologie des systèmes Flashcards
Pourquoi enregistrer directement dans le cerveau des animaux?
- Les potentiels d’action sont généralement accepté comme la mesure donnant le plus d’information par rapport à ce que les neurones encodent
- Les techniques non invasives ont une faible résolution temporelle et/ou spatiale –> ne peuvent pas fournir des informations par rapport aux décharges des neurones individuels en temps réel pendant le comportement
Pourquoi utiliser les primates non-humains pour la recherche en neurosciences?
Similaire aux humains génétiquement, anatomiquement et sur le plan comportemental
- permet aux scientifique d’étendre les résultats expérimentaux aux théories de fonctionnement du cerveau humain
Capables d’être entraînés à effectuer des comprotements 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
Aspects généraux des expériences chez les primates non-humains
Singes utiliés le plus fréquemment : macaque rhésus (macaca mulatta) et singe cynomolgus (macaca fascicularis)
Travailler avec singes = grand investissement de ressources et temps
Utilisation des singes est minimisée autant que possible
- Typiquement 1-3 singes sont utilisés dans une pério de 10-15 ans) = on travaille avec les mêmes animaux à long-terme
Expériences sur les primates mettent l,accent sur l’enregistrement des propriétés de réponse neurale alors que les animaux entraînés effectuent des tâches comportementales
- Puissance statistique est attient par le nombre de neurones atteints PAS le nombre d’animaux étudiés
Chaque expérience est effectuée avec un minimum de 2 animaux usually
- Assure reproductibilité des résultats
Quelle est la structure de base des expériences chez les primates non-humains étape par étape?
1.Conception d’une tâche exprérimentale pour répondre à une question spécifique
- Quelle est la structure de la tâche?
- Comment les stimuli seront-ils présentés?
- Comment le comportement sera-t-il mesuré?
2.Assembler/construire l’équipêment expérimental nécessaire pour effectuer cette tâche et l’acquisition des données
3.Préparer un animal pour l’entraînement (familiarisation avec labo, équipement, personnel; parfois, chirurgies pour implantations)
4.Entraîner l’animal à effectuer la tâche
5.Procédure chirurgicale alors que l’animal effectue la tâche
6.Analyse de données où l’activité neurale est corrélée avec le comportement
Est-ce que les récompenses sont obligatoires?
Oui, il faut toujours travailler par renforcement positif (récompenses), pas de punitions
Les stimulus peuvent être présentés de quelles manières?
- Stimulus visuel sur écran
- Stimulateur tactile
- Forces ou perturbations appliquées par un bras robotisé
- Système de mouvement pour bouger le singe dans l’espace
Quelles sont les 3 choses qu’on mesure lorsqu’on cherche à mesurer la performance comportementale?
- Mouvements des yeux
- Mouvements du bras
- Activité musculaire
Quelles sont les 2 techniques de mesurer les mouvements des yeux?
Scleral search coil technique
- Singe assis avec tête centrée dans le champ magnétique (magnetic field coil)
- Lorsqu’il bouge les yeux, petits courants envoyés dans eye coil –> mesurés comme des changements de potentiel proportionnels à la position de l’oeil
Occulomètre
- Sytème utilisant caméra pour suivre mouvement des yeux
- Suit la position de la pupille
- Résolution temporelle est spatiale limitée comparé à une technique utilisant un champ magnétique (eye coil)
Quelles sont les 3 techniques de mesurer les mouvements du bras?
Bras robotisé ou interface manipulable
- Mesure trajectoire entière pendant le mouvement
Sytème de caméra
- Utilisation de marqueurs sur le bras du singe (signe joue avec…)
- Mesure trajectoire entière pendant le mouvement
Écran tactile
- Mesure la position de la main au début et à la fin du mouvement (pas trajectoire entière)
Quelle est la technique utilisé pour mesure l’activité musculaire ?
Enregistrements électromyographiques (EMG)
- Enregistrement des potentiels électriques générés par les cellules musculaires en réponse à une stimulation neurale ou électrique
Quels sont les 3 types d’électrodes utilisés dans l’EMG?
- Électrodes de surface
- Électrodes percutanées
- Électrodes implantées chroniquement
Brièvement, en quoi consiste l’entraine comportemental des animaux?
Former graduellement le comportement du singe par renforcement positif
Quelles sont les étapes de base de l’entrainemt comportemental?
1.Apprendre à sortir de la cage et à entrer dans une chaise à primate et devenir familier avec le labo, le personnel et l’équipement
- 1-2 semaines pendant lesquelles le signe vient au labo quotidiennement et reçoit des récompenses pour qu’il devient confortable avec l’environnement et qu’il le perçoive de manière positive
2.Apprendre la tâche expérimentale
- Introduction à l’appareillage expérimental et concepts simples sur quoi faire (ex: regarder cible = récompense, saisir poignée et faire bouger le bras, ce qui fait bouger le curseur = récompense)
3.Introduction progressice de nouveaux concepts étape par étape. Ex:
- Bouger poignée pour placer le curseur dans un cercle (position départ)
- Bouger curseur à position départ et maintenir un certain temps
- Bouger curseur à position départ et bouger vesr nouvelles cible lorsqu’elle apparait
- Bouger curseur à position départ et lorsqu’une nouvelle cible apparait, attendre un signal de départ avant de bouger le curseur vers la nouvelle cible
4.Perfectionnement de la tâche
- Précision en réduisant graduellement la taille des cibles
- Améliorer vitesse
Quels sont les appareils implatés chirurgicalement (préparation chirurgicale) pour les expériences neurophysiologiques in vivo?
Appareils pour mesurer réponses comportementales
- Eye coil
- Électrodes EMG
Sytème de fixation de la tête
- Implant ou poteau attaché à la tête: permet stabilisation de la tête pour enregistrement neuronal et certaines tâches comportementales
Implants pour l’accès à long-terme du cerveau
Quels sont les types d’implants pour l’accès à long-terme au cerveau?
Chambre pour enregistrement:
- Cylindre avec bouchon vissable implanté autour d’un trou ouver chirurgicalement par craniotomie –> exposition lors d’enregistrement, refermer bouchon lorsque pas en enregistrement
Réseau d’électrodes implanté de façon chronique:
- Enregistrer l’activité d’une population de neurones
Canule:
- Tube cylindrique étroit pour accéder aux structures profondes du cerveau
- Utilisé pour introduire électrodes étroites, agents pharmacologiques, vecteurs viraux, sondes optiques pour la stimulation avec lumière
Fenêtre crânienne
- Fenêtre d’observation créée lors d’une craniotomie ou en polissant une partie de crâne = accès visuel aux structure superficielles du cerveau (skull is basically transparent)
- Utilisée pour l’imagerie des neurones (ex: neurones marqués avec traceurs fluorescents)
Les procédures chirurgicales chez les animaux, sont-elles sembables à celles chez les humains?
Oui, les procédures chirurgicales sont effectuées dans des conditions stériles
- Tout est stérilisé grâce à l’autoclave
- Parfois, pas autoclave, mais gax ou désinfectant pour les outils sensibles à la chaleur
Quels sont les deux moyens que l’animal soit anesthésié?
Ketamine, souvent couplé avec Xylazine
- Agent pharmacologique, inhibiteur des canaux ioniques NMDA et HCN1)
Isoflurane
- Anesthésique au gaz, éther inhalable
Après la chirurgie, les animaux sont traités avec quoi?
Avec des analgésiques (prévient douleurs à long-terme) et des agents antiobiotiques (prévient les infections)
À quoi sert un instrument stéréotaxique dans le placement des implants?
Positionner la tête d’un animal dans une orientation précise afin de définir un cadre de référence 3D qui soit constant d’un animal à un autre
À quoi sert un atlas stéréotaxique dans le placement des implants?
Fournit des informations sur la positions des structures du cerveau dance ce cadre de référence stéréotaxique
DONC instrument stéréotaxique = création d’une référence 3D = cette référence est utilisée pour créer un atlas stéréotaxique
Explique comment on peut placer des implants à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique
- 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 placée afin que les électrodes atteignent les régions d’intérêt
- Calibration de l’emplacement de cette chambre en fonction de points de repères fixés sur le crâne
Quel type d’enregistrement d’activité neurale est plus couramment utilisé in vivo?
Enregistrement extracellulaire
Quelle est la différence entre un puit et une source?
Puit = permet à un courant de rentrer dans la cellule
Source = permet à un courant de sortir de la cellule
Les sources et les puits sont d’intensités équivalentes et vont de paire
Explique le flux de courant du potentiel extracellulaire
Produit par le courant qui traverse l’espace extracellulaire :
- Généré par les courants électriques qui circulent dans l’espace extracellulaire autour des neurones.
- Ces courants proviennent des flux d’ions qui traversent la membrane cellulaire lorsqu’un neurone est activé.
Pas d’accumulation de charges dans ce milieu conducteur :
- Dans l’espace extracellulaire, les charges ne peuvent pas s’accumuler de manière durable, car le milieu est un conducteur. Les charges se répartissent rapidement pour maintenir l’équilibre.
- Cela implique qu’un courant qui entre dans la cellule doit sortir, et vice versa, pour conserver cet équilibre.
Courant qui entre dans le neurone et ressort dans le milieu extracellulaire :
- Lorsqu’un courant entre dans un neurone (par exemple, par les canaux ioniques), il doit y avoir un courant équivalent qui sort de la cellule vers l’espace extracellulaire pour maintenir cet équilibre électrostatique.
- C’est ce phénomène qui crée les sources et puits de courant dans l’espace extracellulaire, visibles à l’extérieur du neurone.
