{"id":5044,"date":"2026-09-11T16:20:54","date_gmt":"2026-09-11T16:20:54","guid":{"rendered":"http:\/\/french.arabpsychology.com\/experiments\/enregistrement-ex-vivo-tranches-hippocampe-per-andersen\/"},"modified":"2026-09-11T16:20:54","modified_gmt":"2026-09-11T16:20:54","slug":"enregistrement-ex-vivo-tranches-hippocampe-per-andersen","status":"publish","type":"psych_experiment","link":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/?psych_experiment=enregistrement-ex-vivo-tranches-hippocampe-per-andersen","title":{"rendered":"L&rsquo;enregistrement ex vivo sur tranches d&rsquo;hippocampe &#8211; Per Andersen"},"content":{"rendered":"<p>Dans l&rsquo;histoire des neurosciences contemporaines, peu de transitions m\u00e9thodologiques ont exerc\u00e9 une influence aussi profonde et structurante que le passage de l&rsquo;\u00e9lectrophysiologie <em>in vivo<\/em> sur animal anesth\u00e9si\u00e9 \u00e0 l&rsquo;analyse biophysique sur pr\u00e9parations aigu\u00ebs de tissu c\u00e9r\u00e9bral maintenu en survie artificielle. Au c\u0153ur de cette r\u00e9volution conceptuelle et technique se dresse la figure de <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/www.nobelprize.org\/prizes\/medicine\/\">Per Andersen<\/a> (1930\u20132020), neurophysiologiste norv\u00e9gien dont les innovations d\u00e9velopp\u00e9es \u00e0 l&rsquo;Institut de Neurophysiologie d&rsquo;Oslo ont litt\u00e9ralement m\u00e9tamorphos\u00e9 la compr\u00e9hension des m\u00e9canismes synaptiques \u00e9l\u00e9mentaires. En extrayant avec une minutie chirurgicale des tranches transversales d&rsquo;hippocampe pour les placer dans un micro-environnement liquide-gaz rigoureusement contr\u00f4l\u00e9, Andersen a offert \u00e0 la communaut\u00e9 internationale un laboratoire miniature au sein duquel la cytoarchitecture originelle des circuits corticaux demeurait fonctionnelle, accessible et mesurable avec une r\u00e9solution in\u00e9dite.<\/p>\n<p>Cette approche <em>ex vivo<\/em> a non seulement permis de surmonter les contraintes physiques r\u00e9dhibitoires des enregistrements intracellulaires chez l&rsquo;animal intact \u2014 tels que les mouvements pulsatiles d&rsquo;origine cardiaque et respiratoire \u2014, mais elle a \u00e9galement rendu possible la manipulation pharmacologique fine et la pharmacocin\u00e9tique contr\u00f4l\u00e9e des neurotransmetteurs sans l&rsquo;interf\u00e9rence de la barri\u00e8re h\u00e9mato-enc\u00e9phalique. En conceptualisant l&rsquo;organisation de la formation hippocampique sous la forme d&rsquo;un ensemble de lamelles fonctionnellement autonomes, Per Andersen a transform\u00e9 une structure c\u00e9r\u00e9brale r\u00e9put\u00e9e complexe et myst\u00e9rieuse en un syst\u00e8me mod\u00e8le paradigmatique. C&rsquo;est pr\u00e9cis\u00e9ment sur cette pr\u00e9paration que seront \u00e9lucid\u00e9s les principes fondamentaux de la transmission glutamatergique, de la r\u00e9gulation inhibitrice par les r\u00e9seaux d&rsquo;interneurones GABAergiques et, par-dessus tout, de la plasticit\u00e9 synaptique durable.<\/p>\n<p>L&rsquo;\u00e9tude syst\u00e9matique de la tranche d&rsquo;hippocampe a servi de tremplin intellectuel et technique \u00e0 la d\u00e9couverte de la potentialisation \u00e0 long terme (LTP), fournissant la toute premi\u00e8re d\u00e9monstration exp\u00e9rimentale directe des postulats th\u00e9oriques \u00e9mis par Donald Hebb en 1949 sur le renforcement des connexions synaptiques. Des potentiels de champ aux enregistrements en patch-clamp, de la mod\u00e9lisation de l&rsquo;\u00e9pileptogen\u00e8se \u00e0 l&rsquo;exploration des microdomaines calciques dendritiques par microscopie biphotonique, le paradigme inaugur\u00e9 par Andersen continue de guider la recherche sur les substrats cellulaires de la m\u00e9moire, de la cognition spatiale et des pathologies neurod\u00e9g\u00e9n\u00e9ratives. Ce m\u00e9moire d&rsquo;analyse explore la gen\u00e8se, les fondements biophysiques, les d\u00e9veloppements instrumentaux et l&rsquo;h\u00e9ritage scientifique inestimable de l&rsquo;enregistrement <em>ex vivo<\/em> sur tranches d&rsquo;hippocampe tel que fa\u00e7onn\u00e9 par l&rsquo;\u00e9cole d&rsquo;Oslo.<\/p>\n<h2>1. Introduction et contexte historique des travaux de Per Andersen<\/h2>\n<h3>1.1 L&rsquo;\u00e9cole de neurophysiologie d&rsquo;Oslo et l&rsquo;h\u00e9ritage de Birger Kaada<\/h3>\n<p>L&rsquo;\u00e9mergence de l&rsquo;Institut de Neurophysiologie \u00e0 l&rsquo;Universit\u00e9 d&rsquo;Oslo s&rsquo;inscrit dans un contexte d&rsquo;apr\u00e8s-guerre o\u00f9 la Scandinavie s&rsquo;affirme comme un p\u00f4le d&rsquo;excellence en \u00e9lectrophysiologie cellulaire, marchant sur les traces de pionniers tels que Ragnar Granit et <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/www.nobelprize.org\/prizes\/medicine\/1963\/eccles\/biographical\/\">John Carew Eccles<\/a>. Sous l&rsquo;impulsion magistrale de Birger Kaada (1918\u20132000), le laboratoire d&rsquo;Oslo concentre ses efforts sur les structures sous-corticales et le syst\u00e8me limbique, alors largement m\u00e9connus sur le plan fonctionnel. Kaada avait \u00e9t\u00e9 l&rsquo;un des premiers \u00e0 cartographier les r\u00e9ponses autonomes, motrices et \u00e9lectroenc\u00e9phalographiques d\u00e9clench\u00e9es par la stimulation des formations rhinenc\u00e9phaliques et de l&rsquo;amygdale, instillant chez ses \u00e9tudiants une fascination durable pour ces architectures archicorticales.<\/p>\n<p>Per Andersen commence son parcours scientifique au sein de ce creuset intellectuel effervescent. Tr\u00e8s t\u00f4t, il est confront\u00e9 aux d\u00e9fis pos\u00e9s par l&rsquo;extr\u00eame complexit\u00e9 tridimensionnelle du t\u00e9lenc\u00e9phale des mammif\u00e8res. L&rsquo;approche holistique de Kaada, bien que f\u00e9conde pour identifier les grandes fonctions macroscopiques, se heurte \u00e0 un plafond de verre m\u00e9thodologique : l&rsquo;impossibilit\u00e9 de caract\u00e9riser avec une pr\u00e9cision math\u00e9matique les courants transmembranaires et les interactions synaptiques locales au sein d&rsquo;une masse tissulaire h\u00e9t\u00e9rog\u00e8ne et profond\u00e9ment enfouie. Andersen comprend que pour progresser dans la compr\u00e9hension du code neuronal, il est imp\u00e9ratif d&rsquo;isoler des circuits simplifi\u00e9s tout en pr\u00e9servant leurs connexions intrins\u00e8ques.<\/p>\n<p>Cette volont\u00e9 de rupture m\u00e9thodologique ne signifiait pas un abandon des questions pos\u00e9es par l&rsquo;\u00e9cole de Kaada, mais au contraire leur reformulation \u00e0 une \u00e9chelle biophysique rigoureuse. L&rsquo;attention d&rsquo;Andersen se focalise rapidement sur la formation hippocampique, structure phylog\u00e9n\u00e9tiquement ancienne dont l&rsquo;organisation laminaire quasi cristalline offre un contraste saisissant avec l&rsquo;enchev\u00eatrement isotrope du n\u00e9ocortex. Pour r\u00e9aliser cette ambition r\u00e9ductionniste, il fallait toutefois s&rsquo;\u00e9manciper des contraintes physiologiques globales de l&rsquo;animal vivant, un d\u00e9fi qui allait red\u00e9finir la pratique de l&rsquo;\u00e9lectrophysiologie moderne.<\/p>\n<h3>1.2 La transition des pr\u00e9parations in vivo vers le paradigme in vitro<\/h3>\n<p>Jusqu&rsquo;au milieu des ann\u00e9es 1960, l&rsquo;\u00e9lectrophysiologie du syst\u00e8me nerveux central d\u00e9pendait presque exclusivement de pr\u00e9parations <em>in vivo<\/em> sur des animaux anesth\u00e9si\u00e9s, curaris\u00e9s ou d\u00e9c\u00e9r\u00e9br\u00e9s. Ces protocoles, bien qu&rsquo;ayant permis les d\u00e9couvertes capitales d&rsquo;Eccles sur la moelle \u00e9pini\u00e8re, souffraient d&rsquo;inconv\u00e9nients majeurs lorsqu&rsquo;ils \u00e9taient appliqu\u00e9s aux structures corticales sup\u00e9rieures. Les mouvements microm\u00e9triques induits par le cycle respiratoire et les pulsations art\u00e9rielles rendaient les enregistrements intracellulaires \u00e0 l&rsquo;aide de micro\u00e9lectrodes en verre extr\u00eamement instables, limitant la dur\u00e9e d&rsquo;observation d&rsquo;un neurone individuel \u00e0 quelques minutes, voire quelques secondes. De plus, la pr\u00e9sence d&rsquo;agents anesth\u00e9siques alt\u00e9rait profond\u00e9ment la transmission synaptique, notamment en potentialisant l&rsquo;inhibition GABAergique ou en bloquant les r\u00e9cepteurs glutamatergiques.<\/p>\n<p>C&rsquo;est dans ce contexte de blocage technique que Per Andersen prend connaissance des travaux novateurs du biochimiste britannique <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/www.ncbi.nlm.nih.gov\/pmc\/articles\/PMC1204546\/\">Henry McIlwain<\/a>. D\u00e8s les ann\u00e9es 1950, McIlwain avait d\u00e9montr\u00e9 que de fines lamelles de cortex c\u00e9r\u00e9bral de rongeur pouvaient maintenir un m\u00e9tabolisme respiratoire et glycolytique actif si elles \u00e9taient incub\u00e9es dans un milieu salin oxyg\u00e9n\u00e9 ad\u00e9quat. Cependant, la communaut\u00e9 des neurophysiologistes consid\u00e9rait alors ces pr\u00e9parations de tranches comme des artefacts biochimiques d\u00e9pourvus d&rsquo;excitabilit\u00e9 \u00e9lectrique et d&rsquo;int\u00e9grit\u00e9 synaptique. L&rsquo;intuition g\u00e9niale d&rsquo;Andersen fut de postuler que le tissu n&rsquo;avait pas perdu ses propri\u00e9t\u00e9s \u00e9lectrophysiologiques, mais qu&rsquo;il n\u00e9cessitait des conditions de dissection hypothermique et d&rsquo;oxyg\u00e9nation infiniment plus strictes que celles employ\u00e9es par les biochimistes.<\/p>\n<p>Avec ses collaborateurs, notamment Garth Richards et plus tard Larry Skrede, Andersen entreprend de valider la survie synaptique de tranches d&rsquo;hippocampe coup\u00e9es \u00e0 quelques centaines de microm\u00e8tres d&rsquo;\u00e9paisseur. En d\u00e9montrant qu&rsquo;une stimulation \u00e9lectrique focalis\u00e9e pouvait \u00e9voquer des r\u00e9ponses synaptiques complexes et des potentiels d&rsquo;action propag\u00e9s en l&rsquo;absence totale de vascularisation sanguine fonctionnelle, Andersen op\u00e8re une rupture \u00e9pist\u00e9mologique : le cerveau n&rsquo;avait plus besoin d&rsquo;\u00eatre irrigu\u00e9 par le sang de l&rsquo;organisme h\u00f4te pour r\u00e9v\u00e9ler ses lois computationnelles les plus intimes, d\u00e8s lors que la diffusion passive des gaz et des m\u00e9tabolites \u00e9tait physiquement garantie.<\/p>\n<h3>1.3 L&rsquo;objectif \u00e9pist\u00e9mologique : d\u00e9crypter le code synaptique de la m\u00e9moire<\/h3>\n<p>L&rsquo;obstination d&rsquo;Andersen \u00e0 ma\u00eetriser la pr\u00e9paration de tranches ne relevait pas d&rsquo;une simple prouesse technique ; elle r\u00e9pondait \u00e0 un imp\u00e9ratif th\u00e9orique explicite : d\u00e9crypter le m\u00e9canisme par lequel les synapses modifient durablement leur efficacit\u00e9 pour encoder l&rsquo;information. Depuis la publication en 1949 de l&rsquo;ouvrage s\u00e9minal de Donald Hebb, <em>The Organization of Behavior<\/em>, la notion selon laquelle la co-activation r\u00e9p\u00e9t\u00e9e de deux neurones renforce leur couplage synaptique hantait la neurobiologie. N\u00e9anmoins, l&rsquo;hypoth\u00e8se hebbienne demeurait une abstraction sp\u00e9culative, faute d&rsquo;un syst\u00e8me exp\u00e9rimental permettant d&rsquo;appliquer des trains de stimulation contr\u00f4l\u00e9s et de mesurer la r\u00e9ponse d&rsquo;un r\u00e9seau synaptique univoque sans r\u00e9troactions syst\u00e9miques incontr\u00f4lables.<\/p>\n<p>La formation hippocampique apparaissait comme la candidate id\u00e9ale pour tester ces th\u00e9ories cognitives. Les donn\u00e9es cliniques issues du c\u00e9l\u00e8bre patient H.M., op\u00e9r\u00e9 par William Scoville et \u00e9tudi\u00e9 par Brenda Milner en 1957, avaient irr\u00e9futablement \u00e9tabli le r\u00f4le central de l&rsquo;hippocampe dans la consolidation de la m\u00e9moire d\u00e9clarative ant\u00e9rograde. R\u00e9concilier la psychologie cognitive de la m\u00e9moire avec la biophysique de la membrane neuronale exigeait donc un mod\u00e8le o\u00f9 l&rsquo;architecture anatomique des voies d&rsquo;entr\u00e9e et de sortie f\u00fbt parfaitement identifi\u00e9e, accessible au positionnement visuel d&rsquo;\u00e9lectrodes et isolable du reste de l&rsquo;enc\u00e9phale.<\/p>\n<p>La tranche d&rsquo;hippocampe repr\u00e9sentait le compromis r\u00e9ductionniste parfait. En r\u00e9duisant le volume c\u00e9r\u00e9bral \u00e0 une lamelle bidimensionnelle de quelques millim\u00e8tres carr\u00e9s, Andersen s&rsquo;affranchissait des boucles polysynaptiques globales reliant l&rsquo;hippocampe au dienc\u00e9phale et au n\u00e9ocortex, tout en pr\u00e9servant intacte la circuiterie locale. L&rsquo;objectif \u00e9tait clair : mesurer la force d&rsquo;une synapse unique ou d&rsquo;un faisceau homog\u00e8ne de synapses, quantifier les variations de potentiel transmembranaire associ\u00e9es, et d\u00e9terminer si une stimulation \u00e9lectrique pouvait graver une trace physique permanente dans le tissu neuronal.<\/p>\n<h2>2. L&rsquo;hypoth\u00e8se lamellaire de l&rsquo;hippocampe formalis\u00e9e par Andersen<\/h2>\n<h3>2.1 Organisation g\u00e9om\u00e9trique et concept du circuit trisynaptique<\/h3>\n<p>En 1969 et 1971, Per Andersen et ses coll\u00e8gues formalisent une d\u00e9couverte anatomique et fonctionnelle majeure qui allait devenir le cadre conceptuel dominant de la recherche hippocampique : l&rsquo;hypoth\u00e8se lamellaire. En \u00e9tudiant minutieusement l&rsquo;orientation des fibres aff\u00e9rentes et intrins\u00e8ques de l&rsquo;hippocampe de rongeur, Andersen postule que la formation hippocampique est segment\u00e9e le long de son axe longitudinal (dorso-ventral ou septo-temporal) en une s\u00e9rie de lamelles ou tranches transversales quasi autonomes. Chaque lamelle contient l&rsquo;int\u00e9gralit\u00e9 d&rsquo;une cha\u00eene de transmission unidirectionnelle hautement organis\u00e9e, d\u00e9sormais c\u00e9l\u00e8bre sous le nom de <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/www.sciencedirect.com\/topics\/neuroscience\/trisynaptic-circuit\">circuit trisynaptique<\/a>.<\/p>\n<p>Ce circuit canonique d\u00e9bute au niveau du cortex entorhinal, dont les axones forment la voie perforante. Ces fibres traversent le subiculum pour s&rsquo;articuler synaptiquement sur les \u00e9pines dendritiques des cellules granulaires du gyrus dentel\u00e9 (premier relais). Les axones non my\u00e9linis\u00e9s de ces cellules granulaires, appel\u00e9s fibres moussues (<em>mossy fibers<\/em>), projettent ensuite massivement et s\u00e9lectivement sur les dendrites apicales des volumineux neurones pyramidaux du champ CA3 (deuxi\u00e8me relais). Enfin, les cellules pyramidales de CA3 \u00e9mettent des collat\u00e9rales axonales \u2014 les collat\u00e9rales de Schaffer \u2014 qui traversent le <em>stratum radiatum<\/em> pour innerver les dendrites des neurones pyramidaux du secteur CA1 (troisi\u00e8me relais), lesquels projettent \u00e0 leur tour vers le subiculum et les couches profondes du cortex entorhinal.<\/p>\n<p>L&rsquo;intuition fondamentale d&rsquo;Andersen fut de d\u00e9montrer que ce flux synaptique s&rsquo;organise selon un plan strictement orthogonal \u00e0 l&rsquo;axe longitudinal de l&rsquo;hippocampe. Dans un plan de coupe transversal judicieusement orient\u00e9, les corps cellulaires, les arbres dendritiques complets et la quasi-totalit\u00e9 des trajectoires axonales aff\u00e9rentes et eff\u00e9rentes demeurent dans l&rsquo;\u00e9paisseur physique de la tranche. Cette g\u00e9om\u00e9trie singuli\u00e8re permettait d&rsquo;\u00e9viter le sectionnement m\u00e9canique des voies nerveuses, offrant ainsi la possibilit\u00e9 de stimuler \u00e9lectriquement un faisceau en amont et d&rsquo;enregistrer la propagation s\u00e9quentielle et sans perte du signal synaptique \u00e0 travers l&rsquo;ensemble de la cha\u00eene trisynaptique.<\/p>\n<h3>2.2 Validation anatomique et \u00e9lectrophysiologique de la lamelle<\/h3>\n<p>La confirmation de cette organisation spatiale rigoureuse a n\u00e9cessit\u00e9 le d\u00e9ploiement crois\u00e9 de techniques de d\u00e9g\u00e9n\u00e9rescence axonale, de tra\u00e7age ant\u00e9rograde et d&rsquo;explorations \u00e9lectrophysiologiques syst\u00e9matiques. En effectuant des micro-l\u00e9sions focales de la voie perforante ou de CA3 et en observant la distribution des d\u00e9bris my\u00e9liniques et synaptiques selon les m\u00e9thodes argentiques de Nauta et Gygax, Andersen et ses \u00e9l\u00e8ves ont prouv\u00e9 que la divergence axonale le long de l&rsquo;axe longitudinal \u00e9tait remarquablement restreinte par rapport \u00e0 son extension dans le plan transversal.<\/p>\n<p>Sur le plan fonctionnel, l&rsquo;application d&rsquo;une micro-stimulation \u00e9lectrique punctiforme \u00e0 l&rsquo;aide d&rsquo;une \u00e9lectrode bipolaire en tungst\u00e8ne dans le gyrus dentel\u00e9 g\u00e9n\u00e9rait une onde de d\u00e9polarisation qui se propageait lin\u00e9airement vers CA3 puis CA1 au sein d&rsquo;une bande de tissu d&rsquo;environ 300 \u00e0 500 microm\u00e8tres de largeur. En d\u00e9pla\u00e7ant l&rsquo;\u00e9lectrode d&rsquo;enregistrement de quelques centaines de microm\u00e8tres le long de l&rsquo;axe septo-temporal, le signal s&rsquo;att\u00e9nuait drastiquement, confirmant que l&rsquo;excitation demeurait canalis\u00e9e au sein de faisceaux parall\u00e8les non chevauchants. Cette s\u00e9gr\u00e9gation spatiale apportait la preuve irr\u00e9futable que la lamelle hippocampique fonctionnait comme une unit\u00e9 computationnelle \u00e9l\u00e9mentaire et reproductible.<\/p>\n<p>Bien que des travaux ult\u00e9rieurs, notamment ceux d&rsquo;Amaral et Witter dans les ann\u00e9es 1980, aient nuanc\u00e9 ce mod\u00e8le en r\u00e9v\u00e9lant l&rsquo;existence d&rsquo;une divergence longitudinale plus importante que pr\u00e9vu \u2014 en particulier au sein du r\u00e9seau d&rsquo;associativit\u00e9 r\u00e9currente des cellules pyramidales de CA3 \u2014, le concept de lamelle a conserv\u00e9 une valeur heuristique inestimable. Il a fourni la justification th\u00e9orique et math\u00e9matique indispensable \u00e0 l&rsquo;utilisation de tranches transversales de rongeurs, validant le fait qu&rsquo;une tranche coup\u00e9e perpendiculairement \u00e0 l&rsquo;axe longitudinal de l&rsquo;hippocampe n&rsquo;est pas un agr\u00e9gat de cellules d\u00e9connect\u00e9es, mais un circuit fonctionnellement intact et repr\u00e9sentatif de la neurobiologie de l&rsquo;organe entier.<\/p>\n<h3>2.3 Implications de l&rsquo;organisation lamellaire pour l&rsquo;enregistrement ex vivo<\/h3>\n<p>La validation de l&rsquo;architecture lamellaire a entra\u00een\u00e9 des cons\u00e9quences pratiques majeures pour l&rsquo;\u00e9lectrophysiologie quantitative. Elle a permis une standardisation internationale sans pr\u00e9c\u00e9dent des plans de coupe. En pla\u00e7ant l&rsquo;hippocampe diss\u00e9qu\u00e9 sur la platine d&rsquo;un microtome \u00e0 tissu ou d&rsquo;un massicot m\u00e9canique \u00e0 guillotine, les chercheurs pouvaient orienter l&rsquo;angle d&rsquo;incision avec une r\u00e9gularit\u00e9 g\u00e9om\u00e9trique, garantissant que chaque tranche obtenue contienne un r\u00e9seau synaptique homologique et comparable d&rsquo;une pr\u00e9paration \u00e0 l&rsquo;autre.<\/p>\n<p>Cette reproductibilit\u00e9 a transform\u00e9 l&rsquo;enregistrement des potentiels de champ. Dans d&rsquo;autres structures c\u00e9r\u00e9brales comme le n\u00e9ocortex ou le cervelet, la dispersion tridimensionnelle des connexions aff\u00e9rentes rend la localisation des sites d&rsquo;activation synaptique extr\u00eamement complexe. Dans l&rsquo;hippocampe lamellaire, au contraire, la lamination histologique est absolue : les somas cellulaires sont strictement confin\u00e9s au <em>stratum granulosum<\/em> ou au <em>stratum pyramidale<\/em>, tandis que les synapses excitatrices s&rsquo;\u00e9chelonnent le long des dendrites apico-basales dans des couches bien d\u00e9limit\u00e9es telles que le <em>stratum radiatum<\/em>, le <em>stratum lacunosum-moleculare<\/em> et le <em>stratum oriens<\/em>.<\/p>\n<p>Cette disposition spatiale hautement polaris\u00e9e permet d&rsquo;enregistrer des champs \u00e9lectriques dipolaires d&rsquo;une clart\u00e9 in\u00e9gal\u00e9e. Lorsque des milliers de synapses s&rsquo;activent simultan\u00e9ment dans une couche dendritique sp\u00e9cifique, elles g\u00e9n\u00e8rent des flux de courant extracellulaire qui ne s&rsquo;annulent pas mutuellement, mais s&rsquo;additionnent de mani\u00e8re constructive. Per Andersen a compris que cette g\u00e9om\u00e9trie lamellaire offrait une fen\u00eatre d&rsquo;observation unique pour appliquer la th\u00e9orie biophysique des volumes conducteurs et cartographier, avec une r\u00e9solution spatio-temporelle parfaite, les courants transmembranaires sous-jacents.<\/p>\n<h2>3. M\u00e9thodologie et d\u00e9veloppement de la chambre d&rsquo;enregistrement d&rsquo;Andersen<\/h2>\n<h3>3.1 La chambre \u00e0 interface liquide-gaz : conception et principes physiques<\/h3>\n<p>L&rsquo;obtention de tranches d&rsquo;hippocampe viables ne constituait que la moiti\u00e9 de l&rsquo;\u00e9quation ; encore fallait-il concevoir un dispositif physique capable de maintenir ces fragments de parenchyme c\u00e9r\u00e9bral vivants pendant de nombreuses heures en l&rsquo;absence de perfusion vasculaire. En collaboration avec l&rsquo;ing\u00e9nieur et neurophysiologiste Larry Skrede, Andersen con\u00e7oit au d\u00e9but des ann\u00e9es 1970 ce qui deviendra la r\u00e9f\u00e9rence absolue des laboratoires d&rsquo;\u00e9lectrophysiologie : la <strong>chambre \u00e0 interface liquide-gaz d&rsquo;Andersen<\/strong> (parfois d\u00e9sign\u00e9e sous le nom de chambre de Haas-Andersen suite \u00e0 des am\u00e9liorations ult\u00e9rieures).<\/p>\n<p>Le principe biophysique de cette chambre repose sur une gestion d&rsquo;un \u00e9quilibre d\u00e9licat entre l&rsquo;apport d&rsquo;oxyg\u00e8ne et la dessiccation tissulaire. Dans le cerveau vivant, la consommation d&rsquo;oxyg\u00e8ne est exceptionnellement \u00e9lev\u00e9e, et l&rsquo;arr\u00eat de la circulation sanguine entra\u00eene une d\u00e9pl\u00e9tion de l&rsquo;ATP cellulaire en quelques dizaines de secondes. Dans une tranche de tissu \u00e9paisse de 400 microm\u00e8tres, l&rsquo;oxyg\u00e8ne dissous dans une solution aqueuse ne p\u00e9n\u00e8tre que par diffusion passive. Or, la vitesse de diffusion de l&rsquo;oxyg\u00e8ne dans l&rsquo;eau est lente, et sa solubilit\u00e9 \u00e0 37 \u00b0C est faible. Si la tranche est enti\u00e8rement immerg\u00e9e sous plusieurs millim\u00e8tres de liquide immobile, son centre devient anoxique et n\u00e9crose rapidement.<\/p>\n<p>Pour contourner cet obstacle, Andersen a l&rsquo;id\u00e9e d&rsquo;installer la tranche sur un support poreux (une grille en nylon ou une membrane semi-perm\u00e9able) situ\u00e9 exactement \u00e0 l&rsquo;interface entre deux phases. La face inf\u00e9rieure de la tranche est continuellement baign\u00e9e par un mince film de liquide c\u00e9phalo-rachidien artificiel (aCSF) circulant par capillarit\u00e9 et gravit\u00e9, apportant le glucose et les ions indispensables. La face sup\u00e9rieure de la tranche, quant \u00e0 elle, est directement expos\u00e9e \u00e0 une atmosph\u00e8re close satur\u00e9e en vapeur d&rsquo;eau et balay\u00e9e en continu par un m\u00e9lange gazeux de carbog\u00e8ne (95 % O<sub>2<\/sub> et 5 % CO<sub>2<\/sub>). Ce flux gazeux assure une pression partielle d&rsquo;oxyg\u00e8ne maximale \u00e0 la surface du tissu, permettant \u00e0 l&rsquo;oxyg\u00e8ne de diffuser profond\u00e9ment sans que la tranche ne se dess\u00e8che, gr\u00e2ce \u00e0 l&rsquo;hygrom\u00e9trie maintenue proche de 100 %.<\/p>\n<h3>3.2 Comparaison entre chambres \u00e0 interface et chambres immerg\u00e9es<\/h3>\n<p>La chambre \u00e0 interface d\u00e9velopp\u00e9e \u00e0 Oslo a r\u00e9gn\u00e9 en ma\u00eetre incontest\u00e9 pendant deux d\u00e9cennies, mais l&rsquo;\u00e9volution des techniques a conduit au d\u00e9veloppement parall\u00e8le de chambres dites \u00ab immerg\u00e9es \u00bb (<em>submerged chambers<\/em>), dans lesquelles la tranche est maintenue enti\u00e8rement submerg\u00e9e sous un flux rapide de solution hyperoxyg\u00e9n\u00e9e. La comparaison entre ces deux approches r\u00e9v\u00e8le des compromis biophysiques et m\u00e9thodologiques distincts :<\/p>\n<ul>\n<li><strong>Oxyg\u00e9nation et m\u00e9tabolisme :<\/strong> La chambre \u00e0 interface offre une pression partielle tissulaire en oxyg\u00e8ne consid\u00e9rablement plus \u00e9lev\u00e9e que les chambres immerg\u00e9es. Elle permet de maintenir en survie des tranches plus \u00e9paisses (450 \u00e0 500 \u00b5m), id\u00e9ales pour pr\u00e9server de longs trajets axonaux polysynaptiques, et assure une viabilit\u00e9 cellulaire prolong\u00e9e d\u00e9passant souvent 12 \u00e0 18 heures d&rsquo;enregistrement stable.<\/li>\n<li><strong>Stabilit\u00e9 m\u00e9canique :<\/strong> \u00c9tant pos\u00e9e sur un support fixe et recouverte d&rsquo;un simple film liquide stabilis\u00e9 par tension superficielle, la tranche dans une chambre \u00e0 interface subit tr\u00e8s peu de turbulences m\u00e9caniques. Cette immobilit\u00e9 a permis \u00e0 Per Andersen et \u00e0 ses successeurs de r\u00e9aliser des enregistrements intracellulaires pointus \u00e0 l&rsquo;aide de micro\u00e9lectrodes en verre pointues (<em>sharp electrodes<\/em>), tr\u00e8s sensibles aux d\u00e9rives m\u00e9caniques.<\/li>\n<li><strong>Pharmacocin\u00e9tique et perfusion :<\/strong> Le principal talon d&rsquo;Achille de la chambre \u00e0 interface r\u00e9side dans la lenteur de renouvellement du compartiment liquidien. Les agents pharmacologiques appliqu\u00e9s dans le bain mettent plusieurs minutes \u00e0 p\u00e9n\u00e9trer par diffusion lat\u00e9rale et verticale dans le tissu, rendant quasi impossible l&rsquo;\u00e9tude de cin\u00e9tiques rapides d&rsquo;application de ligands. En revanche, les chambres immerg\u00e9es \u00e0 flux continu rapide (4 \u00e0 6 mL\/min) permettent des \u00e9changes de solution en quelques secondes.<\/li>\n<li><strong>Accessibilit\u00e9 optique :<\/strong> L&rsquo;interface liquide-gaz engendre des reflets optiques complexes et emp\u00eache l&rsquo;immersion directe d&rsquo;objectifs microscopiques \u00e0 haute ouverture num\u00e9rique n\u00e9cessaires au contraste de phase interf\u00e9rentiel diff\u00e9rentiel (IR-DIC) ou \u00e0 l&rsquo;imagerie de fluorescence. Les chambres immerg\u00e9es ont donc supplant\u00e9 la chambre d&rsquo;Andersen pour les approches de patch-clamp visuel et de microscopie confocale ou biphotonique, bien que la chambre \u00e0 interface reste irrempla\u00e7able pour l&rsquo;enregistrement prolong\u00e9 de potentiels de champ robustes.<\/li>\n<\/ul>\n<h3>3.3 Optimisation des solutions physiologiques de survie<\/h3>\n<p>Le succ\u00e8s de l&rsquo;enregistrement <em>ex vivo<\/em> d\u00e9pend intrins\u00e8quement de la fid\u00e9lit\u00e9 physico-chimique du milieu d&rsquo;incubation. Per Andersen et son \u00e9quipe ont consacr\u00e9 un temps consid\u00e9rable \u00e0 l&rsquo;\u00e9laboration de la formule du liquide c\u00e9phalo-rachidien artificiel (<a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Artificial_cerebrospinal_fluid\">aCSF<\/a>), ajustant rigoureusement les concentrations ioniques pour mimer le fluide interstitiel c\u00e9r\u00e9bral tout en compensant le traumatisme m\u00e9canique du d\u00e9coupage.<\/p>\n<p>Une composition standard classique d&rsquo;aCSF d\u00e9velopp\u00e9e dans le sillage des travaux d&rsquo;Andersen s&rsquo;\u00e9tablit g\u00e9n\u00e9ralement comme suit : 124 mM NaCl, 3 \u00e0 5 mM KCl, 1,25 mM NaH<sub>2<\/sub>PO<sub>4<\/sub>, 26 mM NaHCO<sub>3<\/sub>, 2 mM CaCl<sub>2<\/sub>, 1 \u00e0 2 mM MgSO<sub>4<\/sub> (ou MgCl<sub>2<\/sub>) et 10 mM D-glucose. Le maintien d&rsquo;un rapport pr\u00e9cis entre les ions calcium divalent (Ca<sup>2+<\/sup>) et magn\u00e9sium (Mg<sup>2+<\/sup>) est critique : le calcium r\u00e9git l&rsquo;exocytose pr\u00e9synaptique d\u00e9pendante du potentiel d&rsquo;action via les canaux calciques voltage-d\u00e9pendants, tandis que le magn\u00e9sium bloque de mani\u00e8re voltage-d\u00e9pendante le pore des r\u00e9cepteurs NMDA au repos, pr\u00e9venant ainsi l&rsquo;apparition d&rsquo;une excitotoxicit\u00e9 d\u00e9l\u00e9t\u00e8re.<\/p>\n<p>Le contr\u00f4le hom\u00e9ostatique du pH est assur\u00e9 par le tampon bicarbonate\/acide carbonique d\u00e9pendant de l&rsquo;a\u00e9ration continue par le carbog\u00e8ne. La pr\u00e9sence de 5 % de dioxyde de carbone gazeux permet de stabiliser le pH de la solution \u00e0 7,4, pr\u00e9venant l&rsquo;alcalinisation spontan\u00e9e qui surviendrait si la solution \u00e9tait simplement a\u00e9r\u00e9e avec de l&rsquo;air ambiant ou de l&rsquo;oxyg\u00e8ne pur. L&rsquo;osmolarit\u00e9 est scrupuleusement ajust\u00e9e autour de 300\u2013310 mOsm\/L pour \u00e9viter tout gonflement osmotique (\u0153d\u00e8me cytotoxique) ou r\u00e9traction des \u00e9pines dendritiques.<\/p>\n<p>Enfin, Andersen insiste sur l&rsquo;importance du protocole de pr\u00e9paration : la dissection doit \u00eatre r\u00e9alis\u00e9e dans un aCSF glac\u00e9 (0\u20134 \u00b0C) pour effondrer le m\u00e9tabolisme neuronal pendant la phase critique de privation m\u00e9canique d&rsquo;oxyg\u00e8ne. Cette hypothermie contr\u00f4l\u00e9e ralentit drastiquement la consommation d&rsquo;ATP, bloque la lib\u00e9ration massive de glutamate li\u00e9e \u00e0 la d\u00e9polarisation terminale et prot\u00e8ge le parenchyme c\u00e9r\u00e9bral de la cascade excitotoxique durant les quelques minutes n\u00e9cessaires au tranchage.<\/p>\n<h2>4. Caract\u00e9risation biophysique des potentiels de champ hippocampiques<\/h2>\n<h3>4.1 Le potentiel postsynaptique excitateur de champ (fEPSP)<\/h3>\n<p>L&rsquo;une des contributions m\u00e9thodologiques les plus influentes de Per Andersen est la th\u00e9orisation et la standardisation de l&rsquo;analyse des potentiels postsynaptiques excitateurs de champ (<em>field excitatory postsynaptic potential<\/em> ou <strong>fEPSP<\/strong>). Lorsque l&rsquo;on positionne une micro\u00e9lectrode extracellulaire en verre remplie d&rsquo;une solution conductrice (comme du NaCl 2M) dans le <em>stratum radiatum<\/em> de la r\u00e9gion CA1 et que l&rsquo;on applique un choc \u00e9lectrique bref (50 \u00e0 100 \u00b5s) sur les collat\u00e9rales de Schaffer, on recueille un signal \u00e9lectrique st\u00e9r\u00e9otyp\u00e9 et reproductible.<\/p>\n<p>Ce signal commence par un bref artefact de stimulation, imm\u00e9diatement suivi d&rsquo;une d\u00e9flexion biphasique rapide : la <strong>vol\u00e9e aff\u00e9rente pr\u00e9synaptique<\/strong> (<em>fiber volley<\/em>). La vol\u00e9e aff\u00e9rente refl\u00e8te la sommation des potentiels d&rsquo;action se propageant le long des axones non my\u00e9linis\u00e9s des collat\u00e9rales de Schaffer vers les boutons terminaux. Son amplitude et son aire int\u00e9gr\u00e9e fournissent une mesure directe et quantitative du nombre d&rsquo;axones recrut\u00e9s par le stimulateur \u00e9lectrique, servant de standard interne indispensable pour calibrer l&rsquo;intensit\u00e9 du stimulus.<\/p>\n<p>Quelques fractions de milliseconde apr\u00e8s la vol\u00e9e aff\u00e9rente appara\u00eet une d\u00e9flexion n\u00e9gative lente : le fEPSP proprement dit. Sur le plan biophysique, la lib\u00e9ration de glutamate par les terminaisons pr\u00e9synaptiques active les r\u00e9cepteurs ionotropes postsynaptiques (principalement les r\u00e9cepteurs AMPA) situ\u00e9s sur les \u00e9pines dendritiques des neurones pyramidaux. L&rsquo;ouverture de ces canaux ioniques entra\u00eene un flux entrant massif d&rsquo;ions sodium (Na<sup>+<\/sup>) depuis l&rsquo;espace extracellulaire vers le cytoplasme dendritique. Ce retrait local de charges positives cr\u00e9e un d\u00e9ficit \u00e9lectrostatique transitoire dans le milieu extracellulaire entourant les dendrites, ce qui se traduit par une d\u00e9flexion de potentiel n\u00e9gative au niveau de l&rsquo;\u00e9lectrode d&rsquo;enregistrement.<\/p>\n<p>Andersen a rigoureusement d\u00e9montr\u00e9 que l&rsquo;amplitude maximale du fEPSP peut \u00eatre contamin\u00e9e par des composantes de d\u00e9charge active ou des non-lin\u00e9arit\u00e9s membranaires. Par cons\u00e9quent, il a impos\u00e9 comme standard d&rsquo;analyse la mesure de la <strong>pente initiale<\/strong> du fEPSP (exprim\u00e9e en mV\/ms ou en V\/s). Cette vitesse initiale de d\u00e9flexion, calcul\u00e9e sur les premi\u00e8res millisecondes avant l&rsquo;apparition de toute conductance inhibitrice ou de tout potentiel d&rsquo;action postsynaptique, est strictement proportionnelle \u00e0 l&rsquo;amplitude du courant synaptique net entrant (I<sub>syn<\/sub>) et refl\u00e8te fid\u00e8lement la conductance synaptique globale du r\u00e9seau recrut\u00e9.<\/p>\n<h3>4.2 Le potentiel de population (population spike)<\/h3>\n<p>Si l&rsquo;\u00e9lectrode d&rsquo;enregistrement extracellulaire est d\u00e9plac\u00e9e de quelques centaines de microm\u00e8tres pour \u00eatre ins\u00e9r\u00e9e directement au c\u0153ur de la couche compacte des corps cellulaires pyramidaux \u2014 le <em>stratum pyramidale<\/em> \u2014, la morphologie du signal enregistr\u00e9 change radicalement. Au lieu de la n\u00e9gativit\u00e9 lente observ\u00e9e dans la zone dendritique, on enregistre d&rsquo;abord une lente positivit\u00e9 passive (refl\u00e9tant le courant sortant de source qui compense le puits dendritique), sur laquelle vient se surimposer une d\u00e9flexion n\u00e9gative extr\u00eamement rapide et de grande amplitude : le <strong>potentiel de population<\/strong> (<em>population spike<\/em> ou <strong>PS<\/strong>).<\/p>\n<p>Le population spike repr\u00e9sente la d\u00e9charge synchrone de potentiels d&rsquo;action sodiques par des centaines, voire des milliers de neurones pyramidaux individuels situ\u00e9s \u00e0 proximit\u00e9 imm\u00e9diate de l&rsquo;extr\u00e9mit\u00e9 de l&rsquo;\u00e9lectrode. Sous l&rsquo;effet de la d\u00e9polarisation dendritique transmise \u00e9lectrotoniquement vers le segment initial de l&rsquo;axone et le soma, les canaux sodiques voltage-d\u00e9pendants Nav s&rsquo;ouvrent massivement de mani\u00e8re coop\u00e9rative. Ce courant entrant de sodium au niveau somatique produit un puits de courant extracellulaire n\u00e9gatif extr\u00eamement bref (dur\u00e9e de 1 \u00e0 2 ms).<\/p>\n<p>Per Andersen a consacr\u00e9 une attention particuli\u00e8re \u00e0 la relation non lin\u00e9aire reliant l&rsquo;entr\u00e9e synaptique \u00e0 la sortie somatique, un concept fondamental connu sous le nom de <strong>couplage EPSP-Spike (couplage E-S)<\/strong>. En tra\u00e7ant l&rsquo;amplitude du population spike en fonction de la pente du fEPSP pour des intensit\u00e9s de stimulation croissantes, on obtient une courbe sigmo\u00efde qui caract\u00e9rise l&rsquo;excitabilit\u00e9 somatique intrins\u00e8que de la population neuronale. L&rsquo;amplitude du population spike ne d\u00e9pend pas seulement de la force de la transmission synaptique excitatrice, mais \u00e9galement de mani\u00e8re critique de l&rsquo;\u00e9tat des conductances potassiques somatiques et, surtout, de l&rsquo;intensit\u00e9 du barrage inhibiteur GABAergique p\u00e9risomatique impos\u00e9 par les interneurones locaux.<\/p>\n<h3>4.3 L&rsquo;analyse par densit\u00e9 de source de courant (CSD)<\/h3>\n<p>Pour d\u00e9passer l&rsquo;interpr\u00e9tation purement qualitative des potentiels extracellulaires et r\u00e9soudre les ambigu\u00eft\u00e9s spatiales cr\u00e9\u00e9es par la diffusion des charges dans le volume conducteur, Per Andersen s&rsquo;est associ\u00e9 au biophysicien <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/www.ncbi.nlm.nih.gov\/pmc\/articles\/PMC1330613\/\">Jan Nicholson<\/a> et \u00e0 d&rsquo;autres th\u00e9oriciens pour introduire l&rsquo;<strong>analyse par densit\u00e9 de source de courant<\/strong> (<em>Current Source Density<\/em> ou <strong>CSD<\/strong>) dans l&rsquo;\u00e9tude de la tranche d&rsquo;hippocampe.<\/p>\n<p>Les fondements math\u00e9matiques de la CSD reposent sur l&rsquo;\u00e9quation de Poisson appliqu\u00e9e aux milieux continus conducteurs :<\/p>\n<p><span class=\"arabpsy-math-display\" data-latex=\"\\nabla \\cdot (\\sigma \\nabla \\Phi) = -I_m\">$$\\nabla \\cdot (\\sigma \\nabla \\Phi) = -I_m$$<\/span><\/p>\n<p>o\u00f9 <span class=\"arabpsy-math-inline\" data-latex=\"Phi\">$Phi$<\/span> repr\u00e9sente le potentiel de champ extracellulaire mesur\u00e9, <span class=\"arabpsy-math-inline\" data-latex=\"\\sigma\">$\\sigma$<\/span> le tenseur de conductivit\u00e9 \u00e9lectrique du tissu et <span class=\"arabpsy-math-inline\" data-latex=\"I_m\">$I_m$<\/span> la densit\u00e9 de courant transmembranaire par unit\u00e9 de volume. Gr\u00e2ce \u00e0 la lamination rigoureuse de l&rsquo;hippocampe, o\u00f9 les structures neuronales sont align\u00e9es de mani\u00e8re quasi unidimensionnelle le long de l&rsquo;axe somato-dendritique (perpendiculaire aux couches cellulaires), la formulation tridimensionnelle se simplifie \u00e9l\u00e9gamment en une d\u00e9riv\u00e9e seconde spatiale unidimensionnelle :<\/p>\n<p><span class=\"arabpsy-math-display\" data-latex=\"I_m(z) \\approx -\\sigma_z \\frac{\\partial^2 \\Phi(z)}{\\partial z^2}\">$$I_m(z) \\approx -\\sigma_z \\frac{\\partial^2 \\Phi(z)}{\\partial z^2}$$<\/span><\/p>\n<p>En pratique, Andersen descendait une micro\u00e9lectrode \u00e0 travers l&rsquo;\u00e9paisseur laminaire de la tranche par pas microm\u00e9triques pr\u00e9cis (g\u00e9n\u00e9ralement tous les 25 \u00e0 50 \u00b5m), enregistrant les profils temporels de potentiel <span class=\"arabpsy-math-inline\" data-latex=\"Phi(z, t)\">$Phi(z, t)$<\/span> du <em>stratum oriens<\/em> jusqu&rsquo;au <em>stratum lacunosum-moleculare<\/em>. L&rsquo;application d&rsquo;un algorithme de diff\u00e9rence finie sur ces profils successifs permettait de calculer math\u00e9matiquement la seconde d\u00e9riv\u00e9e spatiale.<\/p>\n<p>Cette analyse a apport\u00e9 des r\u00e9sultats biophysiques d&rsquo;une nettet\u00e9 exceptionnelle :<\/p>\n<ul>\n<li>Elle a permis d&rsquo;isoler sans ambigu\u00eft\u00e9 les <strong>puits de courant actifs<\/strong> (<em>active sinks<\/em>, zones d&rsquo;entr\u00e9e locale de cations correspondant aux synapses excitatrices actives) des <strong>sources passives<\/strong> (<em>passive sources<\/em>, zones o\u00f9 le courant capacitif et r\u00e9sistif ressort de la membrane neuronale pour fermer la boucle de courant).<\/li>\n<li>Elle a prouv\u00e9 formellement que l&rsquo;activation des collat\u00e9rales de Schaffer g\u00e9n\u00e8re un puits synaptique exclusivement confin\u00e9 au tiers moyen du <em>stratum radiatum<\/em>, sans interf\u00e9rence d&rsquo;art\u00e9facts de volume distaux.<\/li>\n<li>Elle a confirm\u00e9 la validit\u00e9 de la tranche d&rsquo;hippocampe en d\u00e9montrant que l&rsquo;absence de volume conducteur infini (le tissu \u00e9tant d\u00e9coup\u00e9) ne perturbait pas les lois fondamentales de la biophysique membranaire, \u00e0 condition que la tranche conserve une \u00e9paisseur physique minimale.<\/li>\n<\/ul>\n<h2>5. Le laboratoire d&rsquo;Andersen et la d\u00e9couverte de la potentialisation \u00e0 long terme<\/h2>\n<h3>5.1 La collaboration s\u00e9minale avec Terje L\u00f8mo et Timothy Bliss<\/h3>\n<p>L&rsquo;histoire de la neurobiologie contemporaine est indissociable des \u00e9v\u00e9nements qui se sont d\u00e9roul\u00e9s entre 1966 et 1973 au sein de l&rsquo;Institut de Neurophysiologie d&rsquo;Oslo. C&rsquo;est sous la direction de Per Andersen que le jeune chercheur norv\u00e9gien <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/www.ncbi.nlm.nih.gov\/pmc\/articles\/PMC1350641\/\">Terje L\u00f8mo<\/a> commence \u00e0 explorer la plasticit\u00e9 synaptique de la voie perforante chez le lapin anesth\u00e9si\u00e9. En 1966, L\u00f8mo observe pour la premi\u00e8re fois qu&rsquo;un train de stimulation \u00e9lectrique \u00e0 haute fr\u00e9quence d\u00e9livr\u00e9 sur les axones du cortex entorhinal entra\u00eene une augmentation imm\u00e9diate et durable de l&rsquo;amplitude du potentiel de population enregistr\u00e9 dans le gyrus dentel\u00e9.<\/p>\n<p>Rejoint \u00e0 la fin des ann\u00e9es 1960 par le neurobiologiste britannique <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/royalsociety.org\/people\/timothy-bliss-11099\/\">Timothy Bliss<\/a>, L\u00f8mo affine ses mesures, analyse les potentiels postsynaptiques et confirme que ce ph\u00e9nom\u00e8ne d&rsquo;amplification synaptique persiste pendant plusieurs heures, voire plusieurs jours chez l&rsquo;animal \u00e9veill\u00e9 chroniquement implant\u00e9. Cette d\u00e9couverte historique donne lieu en 1973 \u00e0 la publication de deux articles fondateurs dans <em>The Journal of Physiology<\/em>, officialisant l&rsquo;existence de la <strong>potentialisation \u00e0 long terme<\/strong> (<em>Long-Term Potentiation<\/em> ou <strong>LTP<\/strong>).<\/p>\n<p>N\u00e9anmoins, la communaut\u00e9 scientifique internationale accueille initialement cette d\u00e9couverte avec un scepticisme prudent. Les d\u00e9tracteurs soutiennent que l&rsquo;augmentation de l&rsquo;amplitude des potentiels de champ <em>in vivo<\/em> pourrait r\u00e9sulter d&rsquo;art\u00e9facts vasculaires, de variations locales du flux sanguin c\u00e9r\u00e9bral induites par la stimulation \u00e9lectrique, d&rsquo;\u0153d\u00e8mes interstitiels microscopiques ou de modifications syst\u00e9miques de la profondeur de l&rsquo;anesth\u00e9sie. C&rsquo;est \u00e0 ce moment pr\u00e9cis que le paradigme de la tranche d&rsquo;hippocampe d\u00e9velopp\u00e9 par Per Andersen joue un r\u00f4le catalytique d\u00e9cisif.<\/p>\n<p>En transposant les protocoles de t\u00e9tanisation sur des tranches d&rsquo;hippocampe <em>ex vivo<\/em> totalement isol\u00e9es de tout contr\u00f4le circulatoire, humoral ou anesth\u00e9sique, Per Andersen et son \u00e9quipe r\u00e9pliquent la LTP avec une clart\u00e9 exp\u00e9rimentale indiscutable. D\u00e8s lors que la potentialisation persistait dans une lamelle de tissu baignant dans une solution saline chimiquement d\u00e9finie, l&rsquo;hypoth\u00e8se d&rsquo;un art\u00e9fact h\u00e9modynamique \u00e9tait d\u00e9finitivement balay\u00e9e : la plasticit\u00e9 \u00e9tait bel et bien une propri\u00e9t\u00e9 intrins\u00e8que de la synapse corticale.<\/p>\n<h3>5.2 Protocoles de stimulation t\u00e9tanique et induction synaptique<\/h3>\n<p>La tranche d&rsquo;hippocampe est rapidement devenue la matrice exp\u00e9rimentale sur laquelle les propri\u00e9t\u00e9s biophysiques fondamentales de la LTP ont \u00e9t\u00e9 d\u00e9cortiqu\u00e9es. Les protocoles mis au point par Andersen et affin\u00e9s dans son laboratoire ont permis d&rsquo;\u00e9tablir les trois lois cardinales r\u00e9gissant l&rsquo;induction de la forme canonique de la LTP dans la voie collat\u00e9rale de Schaffer-CA1 :<\/p>\n<ul>\n<li><strong>La sp\u00e9cificit\u00e9 d&rsquo;entr\u00e9e (input specificity) :<\/strong> En positionnant deux \u00e9lectrodes de stimulation ind\u00e9pendantes activant deux faisceaux distincts de collat\u00e9rales de Schaffer convergeant vers la m\u00eame population dendritique, il fut d\u00e9montr\u00e9 que seule la voie soumise au train \u00e0 haute fr\u00e9quence (typiquement 100 Hz pendant 1 seconde) pr\u00e9sentait une augmentation durable de sa pente de fEPSP. La voie de contr\u00f4le adjacente, n&rsquo;ayant re\u00e7u aucune stimulation t\u00e9tanique, conservait sa force synaptique basale, excluant tout effet m\u00e9tabolique diffus au sein du neurone postsynaptique.<\/li>\n<li><strong>La coop\u00e9rativit\u00e9 (cooperativity) :<\/strong> L&rsquo;induction de la LTP n\u00e9cessite l&rsquo;atteinte d&rsquo;un seuil critique de d\u00e9polarisation postsynaptique. Une stimulation t\u00e9tanique de tr\u00e8s faible intensit\u00e9, ne recrutant qu&rsquo;un petit nombre d&rsquo;axones pr\u00e9synaptiques, \u00e9choue \u00e0 induire la plasticit\u00e9. Ce n&rsquo;est que lorsque suffisamment de fibres sont stimul\u00e9es conjointement pour coop\u00e9rer \u00e0 la d\u00e9polarisation globale de la membrane dendritique que la LTP se d\u00e9clenche.<\/li>\n<li><strong>L&rsquo;associativit\u00e9 (associativity) :<\/strong> Si une voie aff\u00e9rente faible (sous-liminaire pour l&rsquo;induction de la LTP) est stimul\u00e9e de mani\u00e8re synchrone avec une voie aff\u00e9rente forte et fortement d\u00e9polarisante, la voie faible se trouve elle-m\u00eame potentialis\u00e9e durablement. Ce m\u00e9canisme offrait la d\u00e9monstration biophysique directe du conditionnement pavlovien et de la m\u00e9moire associative \u00e0 l&rsquo;\u00e9chelle cellulaire.<\/li>\n<\/ul>\n<p>L&rsquo;utilisation de la chambre d&rsquo;Andersen a \u00e9galement permis de substituer aux protocoles t\u00e9taniques arbitraires (100 Hz continu) des patrons de stimulation mimant les rythmes physiologiques r\u00e9els du cerveau \u00e9veill\u00e9. C&rsquo;est ainsi que furent mis au point les protocoles de <strong>stimulation en bouff\u00e9es th\u00eata<\/strong> (<em>Theta-Burst Stimulation<\/em> ou TBS), consistant en de courtes salves de 4 potentiels d&rsquo;action \u00e0 100 Hz r\u00e9p\u00e9t\u00e9es \u00e0 une fr\u00e9quence de 5 Hz (l&rsquo;\u00e9quivalent de la fr\u00e9quence th\u00eata hippocampique observ\u00e9e chez l&rsquo;animal en phase d&rsquo;exploration spatiale). La TBS s&rsquo;est r\u00e9v\u00e9l\u00e9e remarquablement efficace pour induire la LTP avec un nombre minimal de stimuli, prouvant que le circuit lamellaire est optimis\u00e9 pour traiter des configurations temporelles pr\u00e9cises.<\/p>\n<h3>5.3 Cons\u00e9quences conceptuelles pour les neurosciences cognitives<\/h3>\n<p>L&rsquo;impact conceptuel de ces d\u00e9monstrations sur tranches d&rsquo;hippocampe a \u00e9t\u00e9 retentissant. Pour la premi\u00e8re fois depuis les intuitions th\u00e9oriques de Santiago Ram\u00f3n y Cajal et de Donald Hebb, les neurosciences disposaient d&rsquo;un m\u00e9canisme biologique tangible, mesurable et reproductible susceptible de servir de substrat \u00e0 l&rsquo;<strong>engramme<\/strong> mn\u00e9sique.<\/p>\n<p>La potentialisation \u00e0 long terme r\u00e9solue sur les lamelles d&rsquo;Andersen ne constituait pas une simple curiosit\u00e9 \u00e9lectrophysiologique de laboratoire ; elle partageait toutes les propri\u00e9t\u00e9s th\u00e9oriquement requises pour un syst\u00e8me d&rsquo;encodage de la m\u00e9moire :<\/p>\n<ul>\n<li>Une mise en place quasi instantan\u00e9e (quelques millisecondes de stimulation suffisent \u00e0 enclencher le processus).<\/li>\n<li>Une persistance temporelle remarquable (des heures <em>ex vivo<\/em>, des semaines ou des mois <em>in vivo<\/em>).<\/li>\n<li>Une capacit\u00e9 de stockage virtuellement illimit\u00e9e conf\u00e9r\u00e9e par la combinatoire et la sp\u00e9cificit\u00e9 des dizaines de milliers de contacts synaptiques port\u00e9s par un seul neurone pyramidal.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Per Andersen a insist\u00e9 tout au long de ses interventions sur la port\u00e9e \u00e9pist\u00e9mologique de cette d\u00e9couverte : la synapse cessait d&rsquo;\u00eatre un simple relais passif transmettant des impulsions \u00e9lectriques selon des \u00e9quations invariables de type c\u00e2ble ; elle devenait une unit\u00e9 computationnelle plastique dot\u00e9e d&rsquo;une histoire, capable d&rsquo;adapter son gain synaptique en fonction de l&rsquo;exp\u00e9rience pass\u00e9e. Ce tournant a jet\u00e9 les bases mol\u00e9culaires de la psychologie cognitive moderne, unifiant sous une m\u00eame banni\u00e8re scientifique l&rsquo;\u00e9tude comportementale de l&rsquo;apprentissage et l&rsquo;analyse biophysique des conductances membranaires.<\/p>\n<h2>6. M\u00e9canismes cellulaires et synaptiques r\u00e9solus sur tranches ex vivo<\/h2>\n<h3>6.1 R\u00f4le des r\u00e9cepteurs glutamatergiques ionotropes<\/h3>\n<p>La pr\u00e9paration sur tranches a permis de diss\u00e9quer avec une rigueur pharmacologique absolue la machinerie r\u00e9ceptrice postsynaptique. Dans les ann\u00e9es 1980, l&rsquo;application de nouveaux antagonistes de synth\u00e8se a r\u00e9v\u00e9l\u00e9 que la transmission synaptique excitatrice basale et l&rsquo;induction de la plasticit\u00e9 reposent sur deux sous-types distincts de r\u00e9cepteurs ionotropes du glutamate : les r\u00e9cepteurs <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/www.nature.com\/articles\/nrn1477\">AMPA<\/a> (acide alpha-amino-3-hydroxy-5-m\u00e9thyl-4-isoxazolepropionique) et les r\u00e9cepteurs <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/www.nature.com\/articles\/nrn1478\">NMDA<\/a> (N-m\u00e9thyl-D-aspartate).<\/p>\n<p>En perfusant des antagonistes comp\u00e9titifs s\u00e9lectifs des r\u00e9cepteurs NMDA, tels que le D-APV (D-2-amino-5-phosphonovalerate), les chercheurs constatent avec surprise que le fEPSP de base \u00e9voqu\u00e9 \u00e0 basse fr\u00e9quence n&rsquo;est absolument pas modifi\u00e9. En revanche, si l&rsquo;on applique une stimulation t\u00e9tanique en pr\u00e9sence de D-APV, l&rsquo;induction de la LTP est totalement et irr\u00e9versiblement bloqu\u00e9e. Cette observation fondamentale prouve que le r\u00e9cepteur NMDA n&rsquo;intervient pas dans la transmission synaptique ordinaire, mais agit comme le d\u00e9clencheur exclusif de la plasticit\u00e9.<\/p>\n<p>La r\u00e9solution biophysique du fonctionnement du r\u00e9cepteur NMDA sur tranches a constitu\u00e9 un triomphe scientifique. Le canal NMDA pr\u00e9sente une perm\u00e9abilit\u00e9 calcique remarquable, mais au potentiel de repos membranaire (-70 mV), son pore aqueux est obstru\u00e9 de mani\u00e8re st\u00e9rique et \u00e9lectrostatique par les ions magn\u00e9sium extracellulaires (Mg<sup>2+<\/sup>). Pour lever ce blocage magn\u00e9sien, il est imp\u00e9ratif que la membrane postsynaptique soit fortement d\u00e9polaris\u00e9e (typiquement au-dessus de -30 mV), ce qui repousse le cation Mg<sup>2+<\/sup> hors du canal. Le r\u00e9cepteur NMDA se comporte ainsi comme un <strong>d\u00e9tecteur de co\u00efncidence mol\u00e9culaire parfait<\/strong> : il ne s&rsquo;ouvre que s&rsquo;il y a pr\u00e9sence concomitante de glutamate pr\u00e9synaptique et d&rsquo;une d\u00e9polarisation postsynaptique robuste m\u00e9di\u00e9e par les r\u00e9cepteurs AMPA voisins.<\/p>\n<p>L&rsquo;ouverture cons\u00e9cutive du canal NMDA permet un afflux massif d&rsquo;ions calcium (Ca<sup>2+<\/sup>) dans l&rsquo;\u00e9pine dendritique. Ce calcium agit comme un messager intracellulaire de second ordre, activant des cascades de phosphorylation enzymatiques domin\u00e9es par la kinase d\u00e9pendante du calcium\/calmoduline de type II (CaMKII). L&rsquo;activation de la CaMKII conduit \u00e0 l&rsquo;insertion par exocytose de nouveaux r\u00e9cepteurs AMPA fonctionnels dans la densit\u00e9 postsynaptique (PSD), convertissant des synapses dites \u00ab silencieuses \u00bb en synapses fonctionnellement actives et augmentant de fa\u00e7on permanente la conductance synaptique.<\/p>\n<p>Inversement, des travaux sur tranches d&rsquo;hippocampe men\u00e9s notamment par Dudek et Bear dans les ann\u00e9es 1990 ont mis en \u00e9vidence l&rsquo;existence d&rsquo;une <strong>d\u00e9pression \u00e0 long terme (LTD)<\/strong>. En appliquant une stimulation prolong\u00e9e \u00e0 basse fr\u00e9quence (1 Hz pendant 15 minutes), on observe une diminution durable de la force synaptique. Ce ph\u00e9nom\u00e8ne d\u00e9pend \u00e9galement du r\u00e9cepteur NMDA et d&rsquo;une entr\u00e9e calcique modeste et prolong\u00e9e, qui recrute non pas des kinases, mais des prot\u00e9ines phosphatases (calcineurine et PP1), induisant l&rsquo;endocytose des r\u00e9cepteurs AMPA. La tranche d&rsquo;hippocampe a ainsi d\u00e9montr\u00e9 sa capacit\u00e9 bidirectionnelle \u00e0 modifier le gain synaptique.<\/p>\n<h3>6.2 D\u00e9bats pr\u00e9synaptiques versus postsynaptiques<\/h3>\n<p>L&rsquo;un des d\u00e9bats scientifiques les plus passionn\u00e9s des ann\u00e9es 1980 et 1990 \u2014 parfois qualifi\u00e9 de \u00ab guerre des synapses \u00bb \u2014 a port\u00e9 sur le site d&rsquo;expression de la LTP : la potentialisation r\u00e9sulte-t-elle d&rsquo;une augmentation de la lib\u00e9ration de glutamate par le bouton pr\u00e9synaptique, ou d&rsquo;une sensibilit\u00e9 accrue (ou d&rsquo;un nombre accru) des r\u00e9cepteurs postsynaptiques ? La pr\u00e9paration de tranches a servi de champ de bataille exp\u00e9rimental pour trancher ce diff\u00e9rend biophysique complexe.<\/p>\n<p>Pour explorer l&rsquo;hypoth\u00e8se pr\u00e9synaptique, les chercheurs ont utilis\u00e9 le paradigme de la <strong>facilitation par double choc<\/strong> (<em>Paired-Pulse Facilitation<\/em> ou <strong>PPF<\/strong>). Lorsque deux chocs \u00e9lectriques sont d\u00e9livr\u00e9s \u00e0 un intervalle bref (par exemple 50 millisecondes), la seconde r\u00e9ponse synaptique est significativement plus ample que la premi\u00e8re. Ce ph\u00e9nom\u00e8ne \u00e0 court terme s&rsquo;explique par l&rsquo;accumulation de calcium r\u00e9siduel dans le bouton pr\u00e9synaptique, augmentant la probabilit\u00e9 de lib\u00e9ration (<em>p<\/em>) de glutamate lors du second potentiel d&rsquo;action. Les lois de la cin\u00e9tique quantique indiquent que le ratio de PPF est inversement corr\u00e9l\u00e9 \u00e0 la probabilit\u00e9 de lib\u00e9ration initiale : si <em>p<\/em> est d\u00e9j\u00e0 \u00e9lev\u00e9 au premier choc, il y a moins de v\u00e9sicules mobilisables pour le second, et la facilitation diminue.<\/p>\n<p>En observant que dans la majorit\u00e9 des cas, la LTP de Schaffer-CA1 s&rsquo;accompagne d&rsquo;une stabilit\u00e9 du ratio de PPF, de nombreux groupes ont plaid\u00e9 pour une expression purement postsynaptique (insertion de nouveaux r\u00e9cepteurs AMPA). Cependant, d&rsquo;autres \u00e9quipes, s&rsquo;appuyant sur l&rsquo;analyse quantique des \u00e9checs de lib\u00e9ration (<em>failure analysis<\/em>) lors d&rsquo;enregistrements intracellulaires ou patch-clamp sur tranches, ont constat\u00e9 une diminution spectaculaire du taux d&rsquo;\u00e9checs apr\u00e8s t\u00e9tanisation, sugg\u00e9rant fortement un accroissement de la lib\u00e9ration pr\u00e9synaptique.<\/p>\n<p>Pour concilier l&rsquo;induction strictement postsynaptique d\u00e9pendante du NMDA avec une expression pr\u00e9synaptique, plusieurs auteurs ont postul\u00e9 l&rsquo;existence de <strong>messagers r\u00e9trogrades<\/strong>. Des mol\u00e9cules diffusibles g\u00e9n\u00e9r\u00e9es dans l&rsquo;\u00e9pine dendritique stimul\u00e9e devraient traverser la fente synaptique en sens inverse pour signaler au bouton pr\u00e9synaptique d&rsquo;augmenter son exocytose. Des candidats tels que le monoxyde d&rsquo;azote (NO), l&rsquo;acide arachidonique et plus tard les endocannabino\u00efdes ont fait l&rsquo;objet d&rsquo;intenses investigations sur tranches d&rsquo;hippocampe. Finalement, un consensus contemporain s&rsquo;est d\u00e9gag\u00e9 : si l&rsquo;expression pr\u00e9coce de la LTP de Schaffer-CA1 est pr\u00e9domin\u00e9e par le trafic postsynaptique des r\u00e9cepteurs AMPA, des composantes pr\u00e9synaptiques peuvent \u00eatre recrut\u00e9es en fonction de l&rsquo;\u00e2ge de l&rsquo;animal, de la temp\u00e9rature du bain et de l&rsquo;intensit\u00e9 du protocole d&rsquo;induction, tandis que d&rsquo;autres voies (comme la synapse fibres moussues-CA3) d\u00e9pendent quant \u00e0 elles d&rsquo;une LTP purement pr\u00e9synaptique ind\u00e9pendante des r\u00e9cepteurs NMDA.<\/p>\n<h3>6.3 Propri\u00e9t\u00e9s dendritiques actives et sommation spatiale<\/h3>\n<p>Pendant longtemps, le mod\u00e8le computationnel du neurone a repos\u00e9 sur la th\u00e9orie du c\u00e2ble passif d\u00e9velopp\u00e9e par Wilfrid Rall, consid\u00e9rant l&rsquo;arbre dendritique comme un syst\u00e8me purement r\u00e9sistif et capacitif o\u00f9 les potentiels synaptiques s&rsquo;att\u00e9nuent exponentiellement en chemin vers le soma selon la constante d&rsquo;espace laminaire (<span class=\"arabpsy-math-inline\" data-latex=\"lambda\">$lambda$<\/span>). Les travaux men\u00e9s sur tranches d&rsquo;hippocampe ont permis de dynamiter cette vision simpliste en r\u00e9v\u00e9lant que les dendrites des neurones pyramidaux sont dot\u00e9es de <strong>propri\u00e9t\u00e9s actives non lin\u00e9aires<\/strong>.<\/p>\n<p>En effectuant des enregistrements intracellulaires et en patch-clamp direct sur les troncs dendritiques apicaux de CA1 (une prouesse technique inaugur\u00e9e par Greg Stuart, Bert Sakmann et Daniel Johnston sur tranches d&rsquo;hippocampe), il a \u00e9t\u00e9 d\u00e9montr\u00e9 que la membrane dendritique h\u00e9berge une densit\u00e9 significative de canaux ioniques voltage-d\u00e9pendants :<\/p>\n<ul>\n<li>Des canaux sodiques voltage-d\u00e9pendants (Nav) qui soutiennent la <strong>r\u00e9tro-propagation du potentiel d&rsquo;action<\/strong> (<em>back-propagating action potential<\/em> ou bAP) depuis le soma vers les arborisations dendritiques distales. Ce potentiel d&rsquo;action r\u00e9trograde sert de signal d&rsquo;avertissement temporel informant l&rsquo;ensemble des synapses de la d\u00e9charge somatique, facilitant la lev\u00e9e du blocage magn\u00e9sien des r\u00e9cepteurs NMDA et orchestrant la plasticit\u00e9 synaptique d\u00e9pendante de la synchronisation des pointes (STDP).<\/li>\n<li>Des canaux potassiques de type A (Kv4.2), dont la densit\u00e9 augmente exponentiellement du soma vers les terminaisons dendritiques distales. Ces canaux potassiques agissent comme un frein \u00e9lectrotonique qui att\u00e9nue la propagation des d\u00e9polarisations sous-liminaires et limite l&rsquo;invasion des potentiels d&rsquo;action r\u00e9trogrades, pr\u00e9venant une excitabilit\u00e9 aberrante.<\/li>\n<li>Des canaux calciques voltage-d\u00e9pendants \u00e0 haut et bas seuil (canaux T, L et P\/Q) capables de g\u00e9n\u00e9rer des <strong>pointes calciques dendritiques<\/strong> (<em>dendritic calcium spikes<\/em>) locales lorsque plusieurs entr\u00e9es synaptiques distales convergent de mani\u00e8re synchronis\u00e9e.<\/li>\n<li>Des canaux cationiques non sp\u00e9cifiques activ\u00e9s par l&rsquo;hyperpolarisation (canaux I<sub>h<\/sub> \/ HCN), particuli\u00e8rement denses dans le <em>stratum lacunosum-moleculare<\/em>, qui raccourcissent la constante de temps membranaire et r\u00e9gulent la sommation temporelle des entr\u00e9es excitatrices distales.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Ces d\u00e9couvertes sur tranches ont d\u00e9montr\u00e9 que l&rsquo;arbre dendritique ne se contente pas d&rsquo;additionner passivement les signaux synaptiques ; il se comporte comme un r\u00e9seau complexe de sous-unit\u00e9s computationnelles semi-autonomes capables de r\u00e9aliser des op\u00e9rations logiques locales (seuillage, amplification non lin\u00e9aire, d\u00e9tection de synchronie) avant m\u00eame que le signal n&rsquo;atteigne le corps cellulaire.<\/p>\n<h2>7. L&rsquo;inhibition synaptique et la microcircuiterie GABAergique<\/h2>\n<h3>7.1 L&rsquo;inhibition r\u00e9currente et les cellules en panier<\/h3>\n<p>Si la transmission excitatrice et la plasticit\u00e9 glutamatergique ont focalis\u00e9 une grande partie de l&rsquo;attention, Per Andersen a \u00e9t\u00e9 l&rsquo;un des premiers neurophysiologistes \u00e0 reconna\u00eetre et quantifier le r\u00f4le absolument d\u00e9terminant de l&rsquo;<strong>inhibition synaptique<\/strong> dans le fonctionnement hippocampique. D\u00e8s les ann\u00e9es 1960, Andersen, Eccles et L\u00f8yning publient des s\u00e9ries d&rsquo;articles magistraux d\u00e9crivant l&rsquo;organisation de l&rsquo;inhibition de r\u00e9troaction (<em>feedback<\/em> ou r\u00e9currente) dans le cortex hippocampique.<\/p>\n<p>Le substrat anatomique de cette inhibition r\u00e9currente repose sur un r\u00e9seau d&rsquo;interneurones locaux, au premier rang desquels figurent les c\u00e9l\u00e8bres <strong>cellules en panier<\/strong> (<em>basket cells<\/em>) situ\u00e9es \u00e0 la fronti\u00e8re du <em>stratum pyramidale<\/em> et du <em>stratum oriens<\/em>. Lorsque les neurones pyramidaux d\u00e9chargent sous l&rsquo;effet d&rsquo;une excitation aff\u00e9rente, leurs axones collat\u00e9raux r\u00e9currents lib\u00e8rent du glutamate sur les dendrites de ces cellules en panier. Ces interneurones, \u00e0 la dynamique de d\u00e9charge ultrarapide (<em>fast-spiking<\/em>), projettent \u00e0 leur tour leurs terminaisons axonales en un r\u00e9seau dense entourant intimement les somas des neurones pyramidaux environnants.<\/p>\n<p>Sur tranche d&rsquo;hippocampe, cette inhibition r\u00e9currente se manifeste par l&rsquo;apparition d&rsquo;un puissant <strong>potentiel postsynaptique inhibiteur<\/strong> (<em>inhibitory postsynaptic potential<\/em> ou <strong>IPSP<\/strong>). La lib\u00e9ration d&rsquo;acide gamma-aminobutyrique (<a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/www.nature.com\/articles\/nrn1708\">GABA<\/a>) active les r\u00e9cepteurs ionotropes GABA<sub>A<\/sub>, provoquant un influx massif d&rsquo;ions chlorure (Cl<sup>&#8211;<\/sup>) qui hyperpolarise la membrane somatique ou la maintient \u00e0 un potentiel d&rsquo;inversion proche du potentiel de repos (inhibition par d\u00e9rivation ou <em>shunting inhibition<\/em>). Andersen a soulign\u00e9 l&rsquo;importance de ce verrou temporel : l&rsquo;inhibition r\u00e9currente somatique restreint la d\u00e9charge du neurone pyramidal \u00e0 une fen\u00eatre temporelle extr\u00eamement \u00e9troite (quelques millisecondes), emp\u00eachant toute d\u00e9charge r\u00e9p\u00e9titive incontr\u00f4l\u00e9e et synchronisant les assembl\u00e9es neuronales au sein de la lamelle.<\/p>\n<h3>7.2 L&rsquo;inhibition ant\u00e9rograde (feedforward)<\/h3>\n<p>Au-del\u00e0 du circuit de r\u00e9troaction, les recherches sur tranches d&rsquo;hippocampe ont rapidement r\u00e9v\u00e9l\u00e9 l&rsquo;existence d&rsquo;une seconde voie inhibitrice encore plus rapide et contraignante : l&rsquo;<strong>inhibition ant\u00e9rograde<\/strong> (<em>feedforward inhibition<\/em>). Dans cette configuration, les fibres aff\u00e9rentes excitatrices elles-m\u00eames (telles que la voie perforante ou les collat\u00e9rales de Schaffer) n&rsquo;activent pas seulement les cellules principales de relais, mais \u00e9tablissent des contacts monosynaptiques directs et divergents sur des interneurones GABAergiques locaux.<\/p>\n<p>Ces interneurones ant\u00e9rogrades \u2014 incluant les cellules bistratifi\u00e9es, les cellules de Schlemmer et les cellules associ\u00e9es au <em>stratum radiatum<\/em> \u2014 ciblent pr\u00e9f\u00e9rentiellement les compartiments dendritiques des neurones pyramidaux. En enregistrant simultan\u00e9ment sur tranche les courants synaptiques excitateurs (EPSC) et inhibiteurs (IPSC) en patch-clamp ou en micro\u00e9lectrodes intracellulaires, il appara\u00eet que l&rsquo;inhibition ant\u00e9rograde ne suit l&rsquo;excitation synaptique que d&rsquo;un d\u00e9lai d&rsquo;\u00e0 peine 1 \u00e0 2 millisecondes (le temps requis pour franchir un seul relais synaptique suppl\u00e9mentaire).<\/p>\n<p>Cette architecture impose des cons\u00e9quences physiologiques d\u00e9terminantes :<\/p>\n<ul>\n<li>Elle tronque pr\u00e9cocement la phase descendante du fEPSP dendritique, r\u00e9duisant consid\u00e9rablement la dur\u00e9e de la d\u00e9polarisation et emp\u00eachant la sommation temporelle d&rsquo;impulsions distantes.<\/li>\n<li>Elle restreint drastiquement la diffusion spatiale de l&rsquo;excitation le long du r\u00e9seau d&rsquo;associativit\u00e9 r\u00e9currente de CA3 et limite l&rsquo;activation transversale au sein de la lamelle.<\/li>\n<li>Elle contr\u00f4le \u00e9troitement la probabilit\u00e9 d&rsquo;induction de la LTP : en shuntant la d\u00e9polarisation dendritique, le tonus inhibiteur ant\u00e9rograde emp\u00eache la lev\u00e9e du blocage magn\u00e9sien des r\u00e9cepteurs NMDA lors de stimulations de faible intensit\u00e9. L&rsquo;application pharmacologique d&rsquo;antagonistes des r\u00e9cepteurs GABA<sub>A<\/sub> (comme la picrotoxine ou la bicuculline) sur tranche facilite instantan\u00e9ment l&rsquo;induction de la plasticit\u00e9 synaptique, r\u00e9v\u00e9lant que l&rsquo;inhibition agit comme une vanne de contr\u00f4le physiologique de la m\u00e9morisation.<\/li>\n<\/ul>\n<h3>7.3 Plasticit\u00e9 de la transmission inhibitrice<\/h3>\n<p>L&rsquo;inhibition GABAergique dans l&rsquo;hippocampe a longtemps \u00e9t\u00e9 per\u00e7ue comme un filtre statique invariant, charg\u00e9 de juguler l&#8217;emballement excitateur. Les travaux conduits sur tranches au cours des derni\u00e8res d\u00e9cennies ont totalement renvers\u00e9 ce paradigme en d\u00e9montrant que les synapses inhibitrices sont elles-m\u00eames hautement plastiques, capables de pr\u00e9senter des ph\u00e9nom\u00e8nes de <strong>LTP-GABA<\/strong> et de <strong>LTD-GABA<\/strong>.<\/p>\n<p>Cette plasticit\u00e9 peut s&rsquo;exprimer par des modifications de la probabilit\u00e9 de lib\u00e9ration pr\u00e9synaptique de GABA sous l&rsquo;action de messagers r\u00e9trogrades, tels que le facteur neurotrophique d\u00e9riv\u00e9 du cerveau (BDNF) ou les endocannabino\u00efdes lib\u00e9r\u00e9s lors de la d\u00e9polarisation somatique (ph\u00e9nom\u00e8ne de suppression de l&rsquo;inhibition induite par la d\u00e9polarisation ou DSI). Elle peut \u00e9galement r\u00e9sulter de changements post-traductionnels affectant le nombre ou la phosphorylation des sous-unit\u00e9s des r\u00e9cepteurs GABA<sub>A<\/sub> ancr\u00e9s \u00e0 la membrane par la g\u00e9phyrine.<\/p>\n<p>De surcro\u00eet, la tranche d&rsquo;hippocampe a permis d&rsquo;\u00e9lucider le r\u00f4le fondamental du gradient \u00e9lectrochimique du chlore r\u00e9gul\u00e9 par les cotransporteurs cation-chlorure transmembranaires. Le cotransporteur <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/www.nature.com\/articles\/nrn1134\">KCC2<\/a> expulse activement les ions Cl<sup>&#8211;<\/sup> hors du cytoplasme des neurones adultes, maintenant une concentration intracellulaire de chlorure basse ([Cl<sup>&#8211;<\/sup>]<sub>i<\/sub> \u2248 5 mM), condition sine qua non pour que l&rsquo;ouverture du canal GABA<sub>A<\/sub> produise une hyperpolarisation. Lors de stimulations t\u00e9taniques intenses ou dans des conditions pathologiques mod\u00e9lis\u00e9es sur tranches, l&rsquo;inactivation de KCC2 entra\u00eene une accumulation intracellulaire rapide de chlorure. Le potentiel d&rsquo;inversion du GABA (E<sub>GABA<\/sub>) glisse alors vers des valeurs d\u00e9polarisantes, transformant transitoirement l&rsquo;inhibition en une force excitatrice paradoxale qui favorise l&rsquo;hyperexcitabilit\u00e9 du circuit.<\/p>\n<h2>8. La transition des enregistrements de champ vers le patch-clamp sur tranches<\/h2>\n<h3>8.1 Int\u00e9gration de la microscopie infrarouge \u00e0 contraste de phase interf\u00e9rentiel<\/h3>\n<p>\u00c0 la fin des ann\u00e9es 1980 et au d\u00e9but des ann\u00e9es 1990, une avanc\u00e9e m\u00e9thodologique majeure vient bouleverser la pratique initi\u00e9e par Per Andersen : l&rsquo;adaptation de la technique du <strong>patch-clamp<\/strong> \u2014 initialement invent\u00e9e par Erwin Neher et Bert Sakmann pour des cellules isol\u00e9es en culture \u2014 aux tranches de cerveau \u00e9pais. Les pionniers de cette transition, notamment Stuart Edwards, Fred Sigworth et Arthur Konnerth, se heurtent d&rsquo;abord \u00e0 l&rsquo;opacit\u00e9 intrins\u00e8que du tissu c\u00e9r\u00e9bral : la diffusion de la lumi\u00e8re visible dans une tranche de 300 \u00b5m emp\u00eache toute visualisation des neurones en profondeur.<\/p>\n<p>La solution d\u00e9cisive vient de l&rsquo;introduction de la <strong>microscopie infrarouge \u00e0 contraste de phase interf\u00e9rentiel<\/strong> (<em>Infrared Differential Interference Contrast<\/em> ou <strong>IR-DIC<\/strong>). En illuminant la tranche d&rsquo;hippocampe \u00e0 l&rsquo;aide d&rsquo;une source lumineuse filtr\u00e9e dans le proche infrarouge (longueur d&rsquo;onde d&rsquo;environ 780 \u00e0 900 nm) coupl\u00e9e \u00e0 des prismes de Nomarski et \u00e0 une cam\u00e9ra CCD sensible au contraste, les chercheurs parviennent \u00e0 s&rsquo;affranchir d&rsquo;une grande partie de la diffusion photonique. Les neurones pyramidaux et les interneurones situ\u00e9s jusqu&rsquo;\u00e0 80\u2013100 microm\u00e8tres sous la surface de la tranche apparaissent alors avec une nettet\u00e9 quasi photographique.<\/p>\n<p>Cette avanc\u00e9e technique transcende le paradigme d&rsquo;Andersen sans le renier. Les exp\u00e9rimentateurs ne sont plus contraints d&rsquo;ins\u00e9rer des \u00e9lectrodes \u00e0 l&rsquo;aveugle en se fiant exclusivement aux coordonn\u00e9es laminaires et aux profils de potentiel de champ. Ils peuvent d\u00e9sormais choisir visuellement un corps cellulaire pyramidal dans CA1, \u00e9valuer son int\u00e9grit\u00e9 morphologique, approcher sous contr\u00f4le visuel direct une pipette de verre poli au micron pr\u00e8s, appliquer une l\u00e9g\u00e8re d\u00e9pression pour obtenir un scellement gigohm (<em>gigaseal<\/em>), puis rompre la membrane par une br\u00e8ve impulsion de succion pour acc\u00e9der \u00e0 la configuration <strong>cellule enti\u00e8re<\/strong> (<em>whole-cell recording<\/em>).<\/p>\n<h3>8.2 R\u00e9solution des courants synaptiques unitaires<\/h3>\n<p>Le passage au patch-clamp en configuration cellule enti\u00e8re sur tranches d&rsquo;hippocampe a permis d&rsquo;acc\u00e9der directement aux variables biophysiques \u00e9l\u00e9mentaires qui \u00e9taient auparavant masqu\u00e9es par l&rsquo;int\u00e9gration spatiale des potentiels de champ :<\/p>\n<ul>\n<li><strong>Le contr\u00f4le du potentiel de membrane (voltage-clamp) :<\/strong> En imposant le potentiel transmembranaire par r\u00e9troaction \u00e9lectronique rapide, les biophysiciens peuvent annuler les courants capacitifs et mesurer directement les <strong>courants postsynaptiques excitateurs<\/strong> (<em>Excitatory Postsynaptic Currents<\/em> ou <strong>EPSC<\/strong>) et inhibiteurs (IPSC). En fixant le potentiel \u00e0 la valeur d&rsquo;inversion du chlorure (typiquement -70 mV), les EPSC glutamatergiques sont enregistr\u00e9s de fa\u00e7on isol\u00e9e ; en d\u00e9polarisant le neurone \u00e0 0 mV (le potentiel d&rsquo;inversion des r\u00e9cepteurs non s\u00e9lectifs aux cations), les IPSC GABAergiques apparaissent sous forme de courants sortants nets, permettant de quantifier l&rsquo;\u00e9quilibre excitation\/inhibition au sein d&rsquo;une seule et m\u00eame cellule.<\/li>\n<li><strong>L&rsquo;analyse des \u00e9v\u00e9nements miniatures spontan\u00e9s :<\/strong> En appliquant de la t\u00e9trodotoxine (TTX, 1 \u00b5M) sur la tranche pour bloquer irr\u00e9versiblement les canaux sodiques voltage-d\u00e9pendants et abolir tout potentiel d&rsquo;action propag\u00e9, on enregistre des \u00e9v\u00e9nements synaptiques r\u00e9siduels minuscules : les <strong>mEPSC<\/strong> (courants miniatures excitateurs) et les <strong>mIPSC<\/strong>. Ces \u00e9v\u00e9nements correspondent \u00e0 la lib\u00e9ration stochastique et spontan\u00e9e d&rsquo;un quantum unique de neurotransmetteur contenu dans une seule v\u00e9sicule synaptique. L&rsquo;analyse math\u00e9matique de leur amplitude moyenne refl\u00e8te strictement la sensibilit\u00e9 et le nombre de r\u00e9cepteurs postsynaptiques (force quantique <em>q<\/em>), tandis que leur fr\u00e9quence renseigne exclusivement sur la probabilit\u00e9 d&rsquo;exocytose pr\u00e9synaptique basale (param\u00e8tre <em>p<\/em>) ou le nombre de sites de lib\u00e9ration actifs (param\u00e8tre <em>N<\/em>).<\/li>\n<li><strong>L&rsquo;enregistrement unitaire de canaux ioniques :<\/strong> Les configurations <em>outside-out<\/em> (membrane excis\u00e9e face externe tourn\u00e9e vers le bain) ou <em>cell-attached<\/em> r\u00e9alis\u00e9es sur les dendrites et les somas ont permis de mesurer la conductance \u00e9l\u00e9mentaire des canaux r\u00e9cepteurs individuels (environ 10 \u00e0 30 picosiemens pour les r\u00e9cepteurs AMPA) et leur cin\u00e9tique d&rsquo;inactivation \u00e0 l&rsquo;\u00e9chelle de la sub-milliseconde.<\/li>\n<\/ul>\n<h3>8.3 Enregistrements doubles et connectivit\u00e9 synaptique unitaire<\/h3>\n<p>L&rsquo;un des sommets de l&rsquo;\u00e9lectrophysiologie moderne sur tranche, h\u00e9ritier direct de la tradition d&rsquo;Oslo, a \u00e9t\u00e9 le d\u00e9veloppement des <strong>enregistrements cellulaires simultan\u00e9s multiples<\/strong> (<em>dual patch-clamp<\/em> ou <em>paired recordings<\/em>). En positionnant simultan\u00e9ment deux, trois ou quatre pipettes de patch sur des neurones voisins morphologiquement identifi\u00e9s sous IR-DIC, les chercheurs ont pu s&rsquo;affranchir des stimulations \u00e9lectriques extracellulaires indiscrimin\u00e9es pour interroger directement la connectivit\u00e9 monosynaptique unitaire.<\/p>\n<p>Dans un protocole d&rsquo;enregistrement double typique, un potentiel d&rsquo;action unique est d\u00e9clench\u00e9 dans le neurone pr\u00e9synaptique par une br\u00e8ve injection de courant d\u00e9polarisant en mode <em>current-clamp<\/em>, tandis que l&rsquo;on mesure la r\u00e9ponse synaptique unitaire \u00e9voqu\u00e9e dans le neurone postsynaptique maintenu en <em>voltage-clamp<\/em>. Cette approche a permis de d\u00e9terminer avec une pr\u00e9cision statistique in\u00e9gal\u00e9e :<\/p>\n<ul>\n<li>La <strong>probabilit\u00e9 de connexion<\/strong> entre diff\u00e9rentes classes cellulaires au sein de l&rsquo;hippocampe (par exemple, la probabilit\u00e9 qu&rsquo;un neurone pyramidal de CA3 innerve son voisin imm\u00e9diat est d&rsquo;environ 1 \u00e0 2 %, tandis que la probabilit\u00e9 d&rsquo;une connexion entre une cellule en panier et un neurone pyramidal peut exc\u00e9der 30 \u00e0 40 %).<\/li>\n<li>La dynamique de la plasticit\u00e9 \u00e0 court terme r\u00e9gissant chaque synapse sp\u00e9cifique : certaines synapses pr\u00e9sentent une d\u00e9pression synaptique marqu\u00e9e lors de trains de potentiels d&rsquo;action \u00e0 haute fr\u00e9quence (due \u00e0 l&rsquo;\u00e9puisement du pool de v\u00e9sicules synaptiques imm\u00e9diatement mobilisables), tandis que d&rsquo;autres pr\u00e9sentent une facilitation robuste.<\/li>\n<li>L&rsquo;analyse de paires interneurone-pyramide a permis de r\u00e9v\u00e9ler l&rsquo;extr\u00eame sp\u00e9cialisation des sous-types d&rsquo;interneurones, montrant comment une seule cellule chandelier (<em>axo-axonic cell<\/em>) ciblant s\u00e9lectivement le segment initial de l&rsquo;axone peut exercer un droit de veto absolu sur l&rsquo;initiation du potentiel d&rsquo;action somatique.<\/li>\n<\/ul>\n<h2>9. Mod\u00e9lisation psychopathologique et pharmacologique ex vivo<\/h2>\n<h3>9.1 \u00c9pileptogen\u00e8se et d\u00e9charges paroxystiques sur tranche<\/h3>\n<p>En raison de sa connectivit\u00e9 r\u00e9currente excitatrice intrins\u00e8que extr\u00eamement dense, en particulier au sein du champ CA3, l&rsquo;hippocampe est la structure c\u00e9r\u00e9brale pr\u00e9sentant le seuil \u00e9pileptog\u00e8ne le plus bas de tout le n\u00e9vraxe des mammif\u00e8res. Tr\u00e8s t\u00f4t, Per Andersen et ses contemporains, notamment Philip Schwartzkroin et David Prince, ont r\u00e9alis\u00e9 que la tranche d&rsquo;hippocampe constituait un mod\u00e8le de choix pour d\u00e9crypter les m\u00e9canismes cellulaires sous-tendant l&rsquo;apparition des crises d&rsquo;\u00e9pilepsie du lobe temporal (ELT).<\/p>\n<p>Sur tranche d&rsquo;hippocampe saine, l&rsquo;excitation est continuellement musel\u00e9e par le tonus inhibiteur GABAergique. Si l&rsquo;on applique dans la solution de perfusion un antagoniste des r\u00e9cepteurs GABA<sub>A<\/sub> (comme la bicuculline ou la picrotoxine), l&rsquo;\u00e9quilibre se rompt instantan\u00e9ment. Une stimulation \u00e9lectrique unique des collat\u00e9rales de Schaffer ne produit plus un fEPSP transitoire suivi d&rsquo;une inhibition silencieuse, mais d\u00e9clenche une <strong>d\u00e9charge paroxystique hypersynchrone<\/strong> prolong\u00e9e de plusieurs centaines de millisecondes, se traduisant par une succession de multiples population spikes de grande amplitude sur les enregistrements de champ.<\/p>\n<p>D&rsquo;autres mod\u00e8les pharmacologiques ont \u00e9t\u00e9 intens\u00e9ment d\u00e9velopp\u00e9s sur tranches :<\/p>\n<ul>\n<li>Le mod\u00e8le de l&rsquo;<strong>aCSF \u00e0 z\u00e9ro magn\u00e9sium<\/strong> ([Mg<sup>2+<\/sup>]<sub>o<\/sub> = 0 mM) : l&rsquo;abaissement du magn\u00e9sium extracellulaire l\u00e8ve spontan\u00e9ment le blocage voltage-d\u00e9pendant de tous les r\u00e9cepteurs NMDA du r\u00e9seau. L&rsquo;hippocampe entre alors en activit\u00e9 \u00e9pileptiforme spontan\u00e9e continue, alternant entre des d\u00e9charges br\u00e8ves de type interictal et des d\u00e9charges rythmiques prolong\u00e9es de type ictal qui miment fid\u00e8lement l&rsquo;\u00e9lectroenc\u00e9phalogramme d&rsquo;une crise comitiale humaine.<\/li>\n<li>Le mod\u00e8le de l&rsquo;<strong>aCSF \u00e0 haut potassium<\/strong> ([K<sup>+<\/sup>]<sub>o<\/sub> \u00e9lev\u00e9 \u00e0 8\u201310 mM) : en d\u00e9polarisant mod\u00e9r\u00e9ment le potentiel de repos de l&rsquo;ensemble des membranes neuronales selon l&rsquo;\u00e9quation de Nernst, le potassium favorise l&rsquo;atteinte du seuil d&rsquo;activation des canaux sodiques et d\u00e9clenche des boucles r\u00e9currentes d&rsquo;excitabilit\u00e9 paroxystique.<\/li>\n<\/ul>\n<p>L&rsquo;enregistrement sur tranches a permis de prouver que le r\u00e9seau de collat\u00e9rales r\u00e9currentes de CA3 agit comme le stimulateur ou le stimulateur d&rsquo;entra\u00eenement (<em>pacemaker<\/em>) de ces d\u00e9charges. En tranchant chirurgicalement la lamelle entre CA3 et CA1 \u00e0 l&rsquo;aide d&rsquo;un scalpel microscopique sous loupe binoculaire, les d\u00e9charges paroxystiques cessent imm\u00e9diatement dans la r\u00e9gion CA1 d\u00e9connect\u00e9e, confirmant que CA1 ne fait que subir et amplifier le signal synchronis\u00e9 g\u00e9n\u00e9r\u00e9 par le r\u00e9seau auto-associatif de CA3. Ce syst\u00e8me est devenu le banc d&rsquo;essai standard de l&rsquo;industrie pharmaceutique pour \u00e9valuer l&rsquo;efficacit\u00e9 de mol\u00e9cules anticonvulsivantes bloquant les canaux sodiques ou renfor\u00e7ant les conductances GABAergiques.<\/p>\n<h3>9.2 Neurotoxicit\u00e9, isch\u00e9mie et stress cellulaire<\/h3>\n<p>L&rsquo;architecture lamellaire et la d\u00e9pendance \u00e9nerg\u00e9tique \u00e9troite des neurones hippocampiques ont fait de la pr\u00e9paration <em>ex vivo<\/em> un mod\u00e8le paradigmatique pour explorer les traumatismes cellulaires aigus cons\u00e9cutifs aux accidents vasculaires c\u00e9r\u00e9braux (AVC) ou aux arr\u00eats cardio-respiratoires. Ce champ d&rsquo;investigation repose sur le protocole de <strong>privation en oxyg\u00e8ne et glucose<\/strong> (<em>Oxygen-Glucose Deprivation<\/em> ou <strong>OGD<\/strong>).<\/p>\n<p>Dans ce mod\u00e8le, le chercheur remplace subitement la solution d&rsquo;aCSF standard \u00e9quilibr\u00e9e par du carbog\u00e8ne par un milieu isotonique d\u00e9pourvu de D-glucose (remplac\u00e9 par du saccharose ou du mannitol) et pr\u00e9-satur\u00e9 avec un m\u00e9lange gazeux de 95 % N<sub>2<\/sub> et 5 % CO<sub>2<\/sub>. L&rsquo;impact \u00e9lectrophysiologique de cette anoxie-isch\u00e9mie aigu\u00eb sur la tranche d&rsquo;hippocampe se d\u00e9roule selon une chronologie dramatique parfaitement reproductible :<\/p>\n<ol>\n<li>En 2 \u00e0 3 minutes, la transmission synaptique excitatrice s&rsquo;effondre totalement : le fEPSP dispara\u00eet sous l&rsquo;effet de l&rsquo;accumulation extracellulaire d&rsquo;ad\u00e9nosine (produit de d\u00e9gradation de l&rsquo;ATP intracellulaire \u00e9puis\u00e9), qui active les r\u00e9cepteurs purinergiques pr\u00e9synaptiques A<sub>1<\/sub> et bloque la lib\u00e9ration de glutamate.<\/li>\n<li>Apr\u00e8s 5 \u00e0 7 minutes d&rsquo;OGD, un \u00e9v\u00e9nement cataclysmique survient : la <strong>d\u00e9polarisation anoxique<\/strong> (<em>anoxic depolarization<\/em>). Sur l&rsquo;enregistrement de champ, cela se traduit par une chute brutale et massive du potentiel extracellulaire (d\u00e9flexion n\u00e9gative continue de -20 \u00e0 -40 mV).<\/li>\n<li>Sur le plan biophysique, la d\u00e9faillance des pompes sodium-potassium ATP-d\u00e9pendantes (Na<sup>+<\/sup>\/K<sup>+<\/sup>-ATPase) entra\u00eene l&rsquo;effondrement des gradients \u00e9lectrochimiques transmembranaires. Le potassium s&rsquo;\u00e9chappe massivement vers le milieu extracellulaire, le sodium et le calcium s&rsquo;engouffrent dans les neurones, et les transporteurs membranaires du glutamate inversent leur sens de fonctionnement, relarguant d&rsquo;immenses quantit\u00e9s de neurotransmetteur dans la fente synaptique.<\/li>\n<\/ol>\n<p>Cette avalanche excitotoxique active massivement les r\u00e9cepteurs NMDA et les canaux calciques, provoquant une surcharge calcique mitochondriale l\u00e9tale et la lib\u00e9ration de radicaux libres oxyg\u00e9n\u00e9s (ROS). L&rsquo;enregistrement sur tranches a permis de confirmer la <strong>vuln\u00e9rabilit\u00e9 s\u00e9lective<\/strong> des neurones pyramidaux du secteur CA1 (la c\u00e9l\u00e8bre r\u00e9gion sommi\u00e8re de Sommer), qui meurent par n\u00e9crose et apoptose retard\u00e9e bien avant les cellules granulaires du gyrus dentel\u00e9, apportant un mod\u00e8le pr\u00e9cieux pour tester des strat\u00e9gies de neuroprotection pharmacologique.<\/p>\n<p>De m\u00eame, l&rsquo;impact du stress chronique a pu \u00eatre quantifi\u00e9 sur tranche en exposant le tissu \u00e0 des concentrations nanomolaires de corticost\u00e9rone ou en pr\u00e9levant des tranches chez des animaux pr\u00e9alablement soumis \u00e0 des paradigmes de stress. Ces \u00e9tudes ont r\u00e9v\u00e9l\u00e9 une atrophie des \u00e9pines dendritiques, une suppression marqu\u00e9e de la LTP de Schaffer-CA1 et une exacerbation corr\u00e9lative de la LTD, \u00e9clairant les m\u00e9canismes d&rsquo;amn\u00e9sie et de vuln\u00e9rabilit\u00e9 d\u00e9pressive induits par les glucocortico\u00efdes.<\/p>\n<h3>9.3 Neuropharmacologie des troubles cognitifs et psychiatriques<\/h3>\n<p>La tranche d&rsquo;hippocampe sert aujourd&rsquo;hui de plaque tournante pr\u00e9clinique pour diss\u00e9quer l&rsquo;\u00e9tiologie mol\u00e9culaire des maladies neurod\u00e9g\u00e9n\u00e9ratives, au tout premier rang desquelles figure la <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/www.nature.com\/articles\/nm0898_897\">maladie d&rsquo;Alzheimer<\/a>. Bien avant l&rsquo;apparition des plaques s\u00e9niles insolubles de peptide amylo\u00efde-b\u00eata (A\u03b2) et des d\u00e9g\u00e9n\u00e9rescences neurofibrillaires de prot\u00e9ine tau hyperphosphoryl\u00e9e, les patients pr\u00e9sentent des d\u00e9ficits mn\u00e9siques pr\u00e9coces r\u00e9sultant d&rsquo;une synaptotoxicit\u00e9 fonctionnelle.<\/p>\n<p>En perfusant sur des tranches d&rsquo;hippocampe saines des oligom\u00e8res solubles synth\u00e9tiques ou d\u00e9riv\u00e9s de cerveaux humains de peptide A\u03b2<sub>1-42<\/sub>, les neurophysiologistes ont d\u00e9montr\u00e9 que ces agr\u00e9gats de petite taille inhibent sp\u00e9cifiquement et puissamment l&rsquo;induction de la LTP dans le secteur CA1, tout en facilitant l&rsquo;expression de la LTD. L&rsquo;application de ces peptides perturbe l&rsquo;interaction entre les r\u00e9cepteurs NMDA contenant la sous-unit\u00e9 GluN2B, la kinase p38 MAPK et le recyclage endocytaire des r\u00e9cepteurs AMPA, d\u00e9montrant que la m\u00e9moire est alt\u00e9r\u00e9e bien avant la mort physique des neurones.<\/p>\n<p>Dans le domaine des troubles psychiatriques et de la r\u00e9gulation de l&rsquo;humeur, la tranche permet d&rsquo;analyser l&rsquo;impact direct des neuromodulateurs sur les circuits de la m\u00e9moire :<\/p>\n<ul>\n<li><strong>La s\u00e9rotonine (5-HT) :<\/strong> L&rsquo;activation diff\u00e9rentielle des sous-types de r\u00e9cepteurs 5-HT<sub>1A<\/sub> (hyperpolarisants via l&rsquo;ouverture de canaux potassiques GIRK) et 5-HT<sub>2A\/2C<\/sub> module bidirectionnellement la plasticit\u00e9 synaptique et le seuil de d\u00e9clenchement des oscillations hippocampiques. Les traitements chroniques par antid\u00e9presseurs de type ISRS (inhibiteurs s\u00e9lectifs de la recapture de la s\u00e9rotonine) ont \u00e9t\u00e9 valid\u00e9s sur tranches pour leur capacit\u00e9 \u00e0 restaurer la LTP alt\u00e9r\u00e9e par le stress et \u00e0 potentialiser la neurogen\u00e8se adulte dans le gyrus dentel\u00e9.<\/li>\n<li><strong>L&rsquo;ac\u00e9tylcholine (ACh) :<\/strong> L&rsquo;application d&rsquo;agonistes cholinergiques muscariniques (comme le carbachol) sur des tranches d&rsquo;hippocampe supprime s\u00e9lectivement la lib\u00e9ration de glutamate aux synapses intrins\u00e8ques tout en pr\u00e9servant les entr\u00e9es aff\u00e9rentes externes, basculant le r\u00e9seau d&rsquo;un mode de rappel interne vers un mode d&rsquo;acquisition et d&rsquo;encodage de nouvelles donn\u00e9es sensorielles.<\/li>\n<li><strong>La dopamine :<\/strong> En agissant sur les r\u00e9cepteurs dopaminergiques D<sub>1<\/sub>\/D<sub>5<\/sub> coupl\u00e9s \u00e0 l&rsquo;ad\u00e9nylate cyclase, la dopamine active la voie de la prot\u00e9ine kinase A (PKA), phosphorylant les r\u00e9cepteurs AMPA et facilitant l&rsquo;expression de la LTP tardive d\u00e9pendante de la synth\u00e8se prot\u00e9ique, fournissant le substrat synaptique par lequel la r\u00e9compense et la saillance motivationnelle consolident les traces mn\u00e9siques.<\/li>\n<\/ul>\n<h2>10. Implications pour la psychologie cognitive et la th\u00e9orie de la m\u00e9moire<\/h2>\n<h3>10.1 De la synapse \u00e0 la m\u00e9moire spatiale et d\u00e9clarative<\/h3>\n<p>L&rsquo;un des d\u00e9fis intellectuels majeurs du dernier demi-si\u00e8cle a consist\u00e9 \u00e0 jeter un pont empirique et th\u00e9orique entre les modifications biophysiques observ\u00e9es sur une tranche de cerveau isol\u00e9e et le comportement d&rsquo;un organisme naviguant dans son environnement. Les travaux pionniers de Per Andersen ont fourni les fondations physiques indispensables \u00e0 l&rsquo;interpr\u00e9tation des d\u00e9couvertes cognitives r\u00e9alis\u00e9es chez l&rsquo;animal intact, notamment celles des <strong>cellules de lieu<\/strong> (<em>place cells<\/em>) mises en \u00e9vidence par John O&rsquo;Keefe en 1971 dans l&rsquo;hippocampe dorsal de rat \u00e9veill\u00e9.<\/p>\n<p>Les propri\u00e9t\u00e9s de sp\u00e9cificit\u00e9 d&rsquo;entr\u00e9e et d&rsquo;associativit\u00e9 de la LTP d\u00e9crites sur tranches d&rsquo;hippocampe ont offert le substrat cellulaire id\u00e9al pour expliquer comment une cellule de lieu commence \u00e0 d\u00e9charger s\u00e9lectivement lorsqu&rsquo;un animal entre dans un champ de tir spatial d\u00e9termin\u00e9. L&rsquo;apprentissage spatial n\u00e9cessite en effet d&rsquo;associer en temps r\u00e9el des signaux visuels, olfactifs, proprioceptifs et vestibulaires polymodaux transitant par le cortex entorhinal le long de la voie perforante. La convergence de ces informations sur les dendrites des neurones pyramidaux et leur renforcement hebbien via les r\u00e9cepteurs NMDA constituent l&rsquo;exacte traduction computationnelle de ce que la tranche d&rsquo;hippocampe permettait d&rsquo;observer au millivolt pr\u00e8s.<\/p>\n<p>Ce lien a \u00e9t\u00e9 magistralement valid\u00e9 dans les ann\u00e9es 1980 et 1990 par les travaux pharmacologiques et g\u00e9n\u00e9tiques de Richard Morris et Susumu Tonegawa. L&rsquo;infusion intrac\u00e9r\u00e9brale d&rsquo;antagonistes des r\u00e9cepteurs NMDA (tels que le D-APV) chez des rats entra\u00een\u00e9s dans la piscine de Morris abolissait simultan\u00e9ment la LTP hippocampique enregistr\u00e9e <em>ex vivo<\/em> sur des tranches pr\u00e9lev\u00e9es chez ces m\u00eames animaux et leur capacit\u00e9 \u00e0 apprendre la localisation de la plateforme submerg\u00e9e. Plus spectaculaire encore, l&rsquo;invalidation g\u00e9n\u00e9tique s\u00e9lective du g\u00e8ne de la sous-unit\u00e9 essentielle GluN1 (NR1) des r\u00e9cepteurs NMDA restreinte exclusivement aux cellules pyramidales du champ CA1 (souris mutante CA1-NR1 KO) a entra\u00een\u00e9 \u00e0 la fois une suppression totale de la LTP de Schaffer-CA1 sur tranche, une alt\u00e9ration de la pr\u00e9cision spatiale des cellules de lieu <em>in vivo<\/em>, et un d\u00e9ficit massif de la m\u00e9moire spatiale d\u00e9clarative, \u00e9tablissant de mani\u00e8re causale la cha\u00eene reliant la mol\u00e9cule au comportement.<\/p>\n<h3>10.2 S\u00e9paration et compl\u00e9tion de motifs (pattern separation &#038; completion)<\/h3>\n<p>Les donn\u00e9es \u00e9lectrophysiologiques recueillies le long du circuit lamellaire trisynaptique ont permis d&rsquo;alimenter et de calibrer les mod\u00e8les math\u00e9matiques de la m\u00e9moire d\u00e9velopp\u00e9s par David Marr, James McClelland et Edmund Rolls. L&rsquo;architecture s\u00e9quentielle et diff\u00e9renti\u00e9e de la tranche d&rsquo;hippocampe r\u00e9alise physiquement deux op\u00e9rations computationnelles fondamentales du traitement mn\u00e9sique : la <strong>s\u00e9paration de motifs<\/strong> et la <strong>compl\u00e9tion de motifs<\/strong>.<\/p>\n<table border=\"1\" cellpadding=\"8\" style=\"border-collapse: collapse; width: 100%; margin: 20px 0; font-size: 0.95em;\">\n<thead style=\"background-color: #f2f2f2;\">\n<tr>\n<th>Sous-r\u00e9gion hippocampique<\/th>\n<th>Propri\u00e9t\u00e9s anatomiques et synaptiques (ex vivo)<\/th>\n<th>Fonction computationnelle<\/th>\n<th>R\u00f4le mn\u00e9sique<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n<tbody>\n<tr>\n<td><strong>Gyrus dentel\u00e9<\/strong><\/td>\n<td>Divergence massive des fibres de la voie perforante vers un tr\u00e8s grand nombre de cellules granulaires hyperpolaris\u00e9es ([GABA] \u00e9lev\u00e9)<\/td>\n<td>S\u00e9paration de motifs (<em>Pattern Separation<\/em>)<\/td>\n<td>D\u00e9corr\u00e9lation d&rsquo;entr\u00e9es similaires pour \u00e9viter la confusion entre deux contextes ou m\u00e9moires proches<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td><strong>Champ CA3<\/strong><\/td>\n<td>R\u00e9seau d&rsquo;axones collat\u00e9raux r\u00e9currents denses s&rsquo;auto-excitant mutuellement ; plasticit\u00e9 synaptique associative<\/td>\n<td>R\u00e9seau auto-associatif \/ Compl\u00e9tion de motifs (<em>Pattern Completion<\/em>)<\/td>\n<td>Rappel d&rsquo;un souvenir complet et holistique \u00e0 partir d&rsquo;un indice environnemental partiel ou d\u00e9grad\u00e9<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td><strong>Champ CA1<\/strong><\/td>\n<td>Convergence des signaux trait\u00e9s par CA3 et des entr\u00e9es directes du cortex entorhinal (voie temporoammonique)<\/td>\n<td>D\u00e9tecteur de co\u00efncidence \/ D\u00e9codeur de nouveaut\u00e9<\/td>\n<td>Comparaison entre les pr\u00e9dictions m\u00e9moris\u00e9es (via CA3) et la r\u00e9alit\u00e9 sensorielle pr\u00e9sente (via le cortex entorhinal)<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Gr\u00e2ce aux mesures biophysiques effectu\u00e9es sur tranches \u2014 telles que les r\u00e9sistances membranaires, les constantes de temps de charge et les conductances d&rsquo;inhibition par d\u00e9rivation \u2014, les mod\u00e9lisateurs ont pu assigner des variables r\u00e9alistes \u00e0 ces r\u00e9seaux de neurones formels. L&rsquo;\u00e9lectrophysiologie <em>ex vivo<\/em> a d\u00e9montr\u00e9 que le gyrus dentel\u00e9 maintient une fraction infime de ses neurones actifs \u00e0 un instant donn\u00e9 (codage parcimonieux ou <em>sparse coding<\/em>), garantissant que des configurations sensorielles tr\u00e8s proches soient transform\u00e9es en repr\u00e9sentations spatiales orthogonales et distinctes.<\/p>\n<h3>10.3 Les oscillations de r\u00e9seau et leur substrat cellulaire<\/h3>\n<p>Le fonctionnement cognitif de l&rsquo;hippocampe repose sur l&rsquo;\u00e9mergence d&rsquo;activit\u00e9s rythmiques oscillatoires synchrones qui coordonnent les flux d&rsquo;informations entre structures distantes. Bien qu&rsquo;une tranche isol\u00e9e soit d\u00e9connect\u00e9e des oscillateurs sous-corticaux externes \u2014 tels que les noyaux du septum m\u00e9dian qui g\u00e9n\u00e8rent le <strong>rythme th\u00eata (4 \u00e0 8 Hz)<\/strong> par voie cholinergique et GABAergique \u2014, elle poss\u00e8de les propri\u00e9t\u00e9s r\u00e9sonantes intrins\u00e8ques requises pour g\u00e9n\u00e9rer ces motifs oscillatoires de fa\u00e7on autonome.<\/p>\n<p>En appliquant des agonistes des r\u00e9cepteurs muscariniques ou des r\u00e9cepteurs m\u00e9tabotropes du glutamate (mGluR) sur des tranches \u00e9paisses d&rsquo;hippocampe, on voit \u00e9merger spontan\u00e9ment des oscillations \u00e0 haute fr\u00e9quence dans la bande <strong>gamma (30 \u00e0 80 Hz)<\/strong>. L&rsquo;enregistrement simultan\u00e9 en patch-clamp d&rsquo;interneurones \u00e0 parvalbumine (PV<sup>+<\/sup>) et de neurones pyramidaux a d\u00e9montr\u00e9 que ce rythme gamma na\u00eet de l&rsquo;interaction synaptique r\u00e9ciproque entre excitation et inhibition (mod\u00e8le PING : <em>Pyramidal-Interneuron Network Gamma<\/em>). Le barrage inhibiteur synchrone \u00e9mis par les interneurones rythme les fen\u00eatres temporelles durant lesquelles les cellules pyramidales sont autoris\u00e9es \u00e0 d\u00e9charger.<\/p>\n<p>Plus remarquable encore, des tranches d&rsquo;hippocampe parfaitement pr\u00e9serv\u00e9es et oxyg\u00e9n\u00e9es dans des chambres \u00e0 interface liquide-gaz optimis\u00e9es sont capables de reproduire spontan\u00e9ment des <strong>ondulations \u00e0 haute fr\u00e9quence<\/strong> (<em>sharp-wave ripples<\/em> ou <strong>SWR<\/strong>, complexes d&rsquo;ondes de 150 \u00e0 250 Hz). Chez l&rsquo;animal vivant, ces oscillations surviennent pendant le sommeil lent ou les phases d&rsquo;immobilit\u00e9 vigilante et correspondent au <strong>rejeu mn\u00e9sique<\/strong> (<em>replay<\/em>) acc\u00e9l\u00e9r\u00e9 des s\u00e9quences neuronales activ\u00e9es durant l&rsquo;exploration pr\u00e9alable. La d\u00e9monstration sur tranche que les SWR prennent naissance dans le champ CA3 et se propagent vers CA1 par des interactions locales purement synaptiques et gap-junctionnelles (synapses \u00e9lectriques axonales) a confirm\u00e9 que la tranche d&rsquo;hippocampe contient toute la m\u00e9canique n\u00e9cessaire \u00e0 la consolidation des traces mn\u00e9siques.<\/p>\n<h2>11. Innovations techniques contemporaines prolongeant l&rsquo;approche d&rsquo;Andersen<\/h2>\n<h3>11.1 R\u00e9seaux de multi-\u00e9lectrodes (MEA) et enregistrements \u00e0 haute densit\u00e9<\/h3>\n<p>L&rsquo;une des limites historiques de l&rsquo;approche traditionnelle de Per Andersen r\u00e9sidait dans le faible nombre d&rsquo;\u00e9lectrodes d&rsquo;enregistrement d\u00e9ployables simultan\u00e9ment sur la tranche (g\u00e9n\u00e9ralement deux \u00e0 quatre micro\u00e9lectrodes en verre manipul\u00e9es par des micromanipulateurs microm\u00e9triques encombrants). Cette contrainte r\u00e9duisait l&rsquo;analyse \u00e0 un \u00e9chantillonnage tr\u00e8s ponctuel de l&rsquo;activit\u00e9 du circuit.<\/p>\n<p>L&rsquo;introduction des <strong>r\u00e9seaux de multi-\u00e9lectrodes<\/strong> (<em>Multi-Electrode Arrays<\/em> ou <strong>MEA<\/strong>) bas\u00e9s sur la micro\u00e9lectronique et la technologie des semi-conducteurs CMOS a transform\u00e9 cette m\u00e9thodologie. Une tranche d&rsquo;hippocampe est d\u00e9licatement positionn\u00e9e et maintenue par une ancre grillag\u00e9e au fond d&rsquo;une chambre dont le plancher est tapiss\u00e9 de centaines, voire de milliers de micro-plots conducteurs en platine ou en nitrure de titane espac\u00e9s de quelques dizaines de microm\u00e8tres.<\/p>\n<p>Cette approche apporte des avantages exp\u00e9rimentaux consid\u00e9rables :<\/p>\n<ul>\n<li>Elle permet d&rsquo;enregistrer de mani\u00e8re synchrone, continue et sans traumatisme m\u00e9canique la propagation spatio-temporelle de l&rsquo;onde de potentiel \u00e0 travers l&rsquo;ensemble du circuit trisynaptique : de la voie perforante au subiculum en passant par le gyrus dentel\u00e9, CA3 et CA1.<\/li>\n<li>Elle facilite la cartographie bidimensionnelle des courants de source et de puits (CSD 2D) en temps r\u00e9el, r\u00e9v\u00e9lant la dynamique des flux synaptiques et la propagation transversale le long de l&rsquo;axe de la lamelle.<\/li>\n<li>Elle offre un d\u00e9bit exp\u00e9rimental (<em>throughput<\/em>) infiniment sup\u00e9rieur pour le criblage pharmacologique et toxicologique de nouvelles mol\u00e9cules th\u00e9rapeutiques, permettant de tester simultan\u00e9ment de nombreuses configurations de stimulation sur un r\u00e9seau intact.<\/li>\n<\/ul>\n<h3>11.2 Optog\u00e9n\u00e9tique et stimulation optique guid\u00e9e<\/h3>\n<p>La micro-stimulation \u00e9lectrique bipolaire, telle qu&#8217;employ\u00e9e par Per Andersen, souffre d&rsquo;un d\u00e9faut r\u00e9dhibitoire : le manque de s\u00e9lectivit\u00e9 cellulaire. Le courant \u00e9lectrique d\u00e9livr\u00e9 par une pointe m\u00e9tallique stimule indistinctement tous les \u00e9l\u00e9ments conducteurs situ\u00e9s dans le rayon de passage des lignes de champ : les axones glutamatergiques cibl\u00e9s, mais \u00e9galement les fibres de passage provenant d&rsquo;autres r\u00e9gions c\u00e9r\u00e9brales, ainsi que les terminaisons et corps cellulaires des interneurones GABAergiques locaux.<\/p>\n<p>La r\u00e9volution de l&rsquo;<strong>optog\u00e9n\u00e9tique<\/strong> \u2014 initi\u00e9e par Karl Deisseroth, Edward Boyden et Gero Miesenb\u00f6ck \u2014 a radicalement r\u00e9solu cette limite lorsqu&rsquo;elle a \u00e9t\u00e9 appliqu\u00e9e aux tranches d&rsquo;hippocampe. En utilisant des souris transg\u00e9niques ou des vecteurs viraux ad\u00e9no-associ\u00e9s (AAV) munis de promoteurs sp\u00e9cifiques d&rsquo;un type cellulaire (par exemple le promoteur CaMKII\u03b1 pour cibler les neurones pyramidaux excitateurs, ou le promoteur de la parvalbumine ou de la somatostatine pour cibler des sous-populations sp\u00e9cifiques d&rsquo;interneurones), les neurones expriment des opsines photosensibles comme la <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/www.nature.com\/articles\/nn1525\">Channelrhodopsine-2<\/a> (ChR2) ou l&rsquo;Halorhodopsine (NpHR).<\/p>\n<p>Sur tranche <em>ex vivo<\/em>, le stimulateur \u00e9lectrique en tungst\u00e8ne est alors avantageusement remplac\u00e9 par des impulsions de lumi\u00e8re bleue (470 nm) d\u00e9livr\u00e9es par des diodes \u00e9lectroluminescentes (LED) ou des syst\u00e8mes de balayage laser coupl\u00e9s \u00e0 des miroirs galvanom\u00e9triques ou des modulateurs spatiaux de lumi\u00e8re (DMD\/SLM). Cette photostimulation guid\u00e9e permet d&rsquo;activer avec une r\u00e9solution temporelle de l&rsquo;ordre de la milliseconde et une sp\u00e9cificit\u00e9 g\u00e9n\u00e9tique absolue :<\/p>\n<ul>\n<li>Une population d&rsquo;axones d\u00e9finie sans stimuler les fibres de passage collat\u00e9rales.<\/li>\n<li>L&rsquo;interrogation fonctionnelle des <strong>synapses silencieuses<\/strong> et la cartographie des circuits monosynaptiques (CRACM : <em>Circuit-level Channelrhodopsin-Assisted Computation Mapping<\/em>).<\/li>\n<li>L&rsquo;inhibition optique instantan\u00e9e d&rsquo;un sous-type pr\u00e9cis d&rsquo;interneurones (via des pompes \u00e0 chlorure NpHR ou des pompes \u00e0 protons Arch) pendant l&rsquo;induction d&rsquo;une plasticit\u00e9 synaptique pour diss\u00e9quer son r\u00f4le pr\u00e9cis dans la r\u00e9gulation de la fen\u00eatre d&rsquo;int\u00e9gration.<\/li>\n<\/ul>\n<h3>11.3 Imagerie biphotonique et fluorom\u00e9trie calcique sur tranches<\/h3>\n<p>Enfin, le prolongement le plus spectaculaire des enregistrements sur tranches r\u00e9side dans le mariage entre l&rsquo;\u00e9lectrophysiologie membranaire et l&rsquo;<strong>imagerie de fluorescence biphotonique<\/strong> (<em>two-photon laser scanning microscopy<\/em>), conceptualis\u00e9e par Winfried Denk, James Strickler et Watt Webb. L&rsquo;utilisation de lasers femtoseconde puls\u00e9s dans l&rsquo;infrarouge permet de p\u00e9n\u00e9trer profond\u00e9ment dans la tranche d&rsquo;hippocampe sans g\u00e9n\u00e9rer de phototoxicit\u00e9 ni de photod\u00e9gradation hors du plan focal.<\/p>\n<p>En remplissant un neurone individuel via la pipette de patch-clamp avec un indicateur fluorescent sensible au calcium (tel que le Fura-2, le Fluo-4 ou les sondes g\u00e9n\u00e9tiquement encod\u00e9es de la famille des <strong>GCaMP<\/strong>) combin\u00e9 \u00e0 un fluorophore structural insensible au calcium (comme l&rsquo;Alexa Fluor 594), l&rsquo;exp\u00e9rimentateur peut visualiser en temps r\u00e9el la structure tridimensionnelle des \u00e9pines dendritiques individuelles le long de l&rsquo;arbre apical.<\/p>\n<p>Cette convergence technologique a ouvert des horizons biophysiques inconcevables \u00e0 l&rsquo;\u00e9poque d&rsquo;Andersen :<\/p>\n<ul>\n<li><strong>La photolyse de neurotransmetteurs en cage (glutamate uncaging) :<\/strong> En appliquant du glutamate chimiquement inactiv\u00e9 par un groupement protecteur photosensible (<em>caged glutamate<\/em> comme le MNI-glutamate), des tirs laser ultraviolets ou biphotoniques focalis\u00e9s sur une \u00e9pine dendritique isol\u00e9e permettent de lib\u00e9rer instantan\u00e9ment une quantit\u00e9 calibr\u00e9e de glutamate sur une synapse unique sous contr\u00f4le visuel. Cette approche permet de cartographier la sensibilit\u00e9 r\u00e9ceptrice \u00e9pine par \u00e9pine sans recourir \u00e0 la stimulation axonale.<\/li>\n<li><strong>La mesure des microdomaines calciques synaptiques :<\/strong> L&rsquo;imagerie biphotonique \u00e0 haute vitesse (par balayage lin\u00e9aire ou <em>line-scan<\/em>) permet de visualiser l&rsquo;influx calcique transient \u00e0 travers les r\u00e9cepteurs NMDA et les canaux calciques voltage-d\u00e9pendants confin\u00e9 dans la t\u00eate d&rsquo;une \u00e9pine dendritique unique de moins d&rsquo;un femtolitre de volume. Elle a d\u00e9montr\u00e9 que le col de l&rsquo;\u00e9pine agit comme une barri\u00e8re de diffusion physique limitant la fuite du calcium vers le tronc dendritique, garantissant ainsi l&rsquo;autonomie computationnelle de chaque contact synaptique.<\/li>\n<li><strong>La plasticit\u00e9 structurale :<\/strong> La surveillance continue sur tranche a permis d&rsquo;observer en direct l&rsquo;\u00e9largissement de la t\u00eate de l&rsquo;\u00e9pine dendritique et la polym\u00e9risation de son cytosquelette d&rsquo;actine quelques minutes apr\u00e8s l&rsquo;induction d&rsquo;une LTP sur une synapse unique, mat\u00e9rialisant physiquement sous l&rsquo;objectif du microscope la trace morphologique de l&rsquo;engramme mn\u00e9sique.<\/li>\n<\/ul>\n<h2>12. L&rsquo;h\u00e9ritage \u00e9pist\u00e9mologique et scientifique de Per Andersen<\/h2>\n<h3>12.1 La formation d&rsquo;une g\u00e9n\u00e9ration de neuroscientifiques de premier plan<\/h3>\n<p>Au-del\u00e0 de ses d\u00e9couvertes exp\u00e9rimentales directes, l&rsquo;impact historique de Per Andersen se mesure \u00e0 l&rsquo;aune de son r\u00f4le extraordinaire de mentor scientifique et de b\u00e2tisseur d&rsquo;\u00e9cole. L&rsquo;Institut de Neurophysiologie d&rsquo;Oslo est devenu, \u00e0 partir des ann\u00e9es 1960 et tout au long des d\u00e9cennies 1970 et 1980, une plaque tournante internationale o\u00f9 convergeaient des jeunes chercheurs du monde entier attir\u00e9s par la rigueur biophysique et l&rsquo;enthousiasme intellectuel qui r\u00e9gnaient dans le laboratoire.<\/p>\n<p>Parmi les figures illustres form\u00e9es par Per Andersen ou ayant collabor\u00e9 \u00e9troitement \u00e0 ses travaux, figurent certains des plus grands noms des neurosciences contemporaines :<\/p>\n<ul>\n<li><strong>Terje L\u00f8mo :<\/strong> co-d\u00e9couvreur de la LTP et pionnier de l&rsquo;\u00e9tude de l&rsquo;activit\u00e9 synaptique sur la diff\u00e9renciation neuromusculaire.<\/li>\n<li><a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/www.nobelprize.org\/prizes\/medicine\/2014\/edvard-moser\/biographical\/\">Edvard Moser<\/a> et <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/www.nobelprize.org\/prizes\/medicine\/2014\/may-britt-moser\/biographical\/\">May-Britt Moser<\/a> : laur\u00e9ats du Prix Nobel de Physiologie ou M\u00e9decine en 2014 pour leur d\u00e9couverte des cellules de grille (<em>grid cells<\/em>) dans le cortex entorhinal m\u00e9dial. Tous deux ont r\u00e9alis\u00e9 leurs travaux de th\u00e8se de doctorat sous la direction directe de Per Andersen, s&rsquo;impr\u00e9gnant de sa vision spatiale de l&rsquo;architecture hippocampique et de son exigence m\u00e9thodologique.<\/li>\n<li><strong>Richard Morris :<\/strong> concepteur du c\u00e9l\u00e8bre labyrinthe aquatique (<em>Morris water maze<\/em>), venu travailler \u00e0 Oslo pour croiser ses protocoles comportementaux avec la rigueur \u00e9lectrophysiologique des tranches d&rsquo;hippocampe.<\/li>\n<li>D&rsquo;innombrables directeurs de recherche et professeurs qui ont essaim\u00e9 la technique des tranches d&rsquo;Andersen aux \u00c9tats-Unis, en Grande-Bretagne, en Allemagne et au Japon, cr\u00e9ant un r\u00e9seau mondial de laboratoires partageant le m\u00eame langage technique et conceptuel.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Le style de mentorat d&rsquo;Andersen \u00e9tait fond\u00e9 sur une \u00e9thique exp\u00e9rimentale intransigeante : une ma\u00eetrise totale de l&rsquo;instrumentation \u00e9lectronique, une m\u00e9fiance permanente envers les art\u00e9facts d&rsquo;enregistrement, un respect scrupuleux de l&rsquo;\u00e9tat physiologique du tissu vivant et une injonction constante \u00e0 replacer le plus petit signal biophysique mesur\u00e9 dans le cadre des grandes fonctions cognitives int\u00e9gr\u00e9es de l&rsquo;organisme.<\/p>\n<h3>12.2 Port\u00e9e \u00e9pist\u00e9mologique du r\u00e9ductionnisme m\u00e9thodologique<\/h3>\n<p>L&rsquo;introduction de la tranche d&rsquo;hippocampe <em>ex vivo<\/em> a soulev\u00e9, d\u00e8s son av\u00e8nement, des d\u00e9bats philosophiques et \u00e9pist\u00e9mologiques majeurs sur la validit\u00e9 du <strong>r\u00e9ductionnisme m\u00e9thodologique<\/strong> en biologie int\u00e9grative. Peut-on v\u00e9ritablement comprendre le fonctionnement d&rsquo;un organe aussi complexe et holistique que le cerveau des mammif\u00e8res en d\u00e9coupant son tissu en tranches de 400 microm\u00e8tres d&rsquo;\u00e9paisseur et en le maintenant en survie dans une coupelle en verre ?<\/p>\n<p>L&rsquo;histoire des neurosciences a r\u00e9pondu de mani\u00e8re \u00e9clatante par l&rsquo;affirmative, validant le pari th\u00e9orique de Per Andersen. La tranche de cerveau n&rsquo;est pas un syst\u00e8me vivant d\u00e9natur\u00e9 ou d\u00e9grad\u00e9 ; elle constitue un <strong>mod\u00e8le interm\u00e9diaire heuristique optimal<\/strong> situ\u00e9 \u00e0 l&rsquo;exacte interface entre la biophysique mol\u00e9culaire des canaux ioniques recombinants (\u00e9tudi\u00e9s sur des lign\u00e9es cellulaires h\u00e9t\u00e9rologues) et la neurophysiologie syst\u00e9mique des r\u00e9seaux chez l&rsquo;animal vigile engag\u00e9 dans une t\u00e2che comportementale.<\/p>\n<p>Ce r\u00e9ductionnisme contr\u00f4l\u00e9 a permis d&rsquo;\u00e9liminer le \u00ab bruit de fond \u00bb syst\u00e9mique incontr\u00f4lable propre \u00e0 l&rsquo;animal entier \u2014 fluctuations de pression art\u00e9rielle, r\u00e9troactions hormonales, influences des syst\u00e8mes modulateurs ascendants du tronc c\u00e9r\u00e9bral, micro-mouvements pulsatiles \u2014 pour isoler les lois causales fondamentales de la machinerie synaptique. L&rsquo;enregistrement sur tranches a prouv\u00e9 que la circuiterie neuronale locale poss\u00e8de une autonomie op\u00e9ratoire consid\u00e9rable : les m\u00e9canismes de sommation spatio-temporelle, de plasticit\u00e9 hebbienne, d&rsquo;inhibition r\u00e9trograde et de r\u00e9sonance oscillatoire sont encod\u00e9s au sein m\u00eame de l&rsquo;architecture physique de la lamelle. La d\u00e9marche d&rsquo;Andersen demeure l&rsquo;un des plus brillants exemples d&rsquo;ing\u00e9nierie m\u00e9thodologique au service de la philosophie de l&rsquo;esprit, d\u00e9montrant que la d\u00e9composition analytique d&rsquo;un syst\u00e8me est la condition indispensable \u00e0 sa recomposition synth\u00e9tique future.<\/p>\n<h3>12.3 Conclusion : De la lamelle d&rsquo;Andersen aux neurosciences du futur<\/h3>\n<p>Plus d&rsquo;un demi-si\u00e8cle apr\u00e8s les publications inaugurales de Per Andersen et de ses collaborateurs \u00e0 l&rsquo;Institut d&rsquo;Oslo, l&rsquo;enregistrement <em>ex vivo<\/em> sur tranches d&rsquo;hippocampe ne s&rsquo;est pas mu\u00e9 en une relique historique ; il demeure l&rsquo;une des techniques les plus dynamiques, robustes et universellement pratiqu\u00e9es dans les laboratoires de neurobiologie \u00e0 travers le monde. Chaque jour, des milliers de micro\u00e9lectrodes en verre et de pipettes de patch-clamp descendent sur des tranches de rongeurs pour diss\u00e9quer les m\u00e9canismes intimes de la transmission synaptique, caract\u00e9riser des canaux ioniques nouvellement d\u00e9couverts ou \u00e9valuer des candidats-m\u00e9dicaments contre les maladies neurologiques et psychiatriques.<\/p>\n<p>L&rsquo;approche initi\u00e9e par Andersen s&rsquo;est magnifiquement hybrid\u00e9e avec les r\u00e9volutions techniques successives de la g\u00e9n\u00e9tique mol\u00e9culaire, de la transcriptomique sur cellule unique (<em>single-cell RNA sequencing<\/em> sur neurones pr\u00e9alablement enregistr\u00e9s en patch-clamp ou Patch-seq), de l&rsquo;optog\u00e9n\u00e9tique et de la nanoscopie optique. La tranche d&rsquo;hippocampe n&rsquo;est plus seulement observ\u00e9e \u00e0 travers la d\u00e9flexion d&rsquo;une aiguille d&rsquo;oscilloscope ou le trac\u00e9 d&rsquo;un potentiel de champ sur papier thermique ; elle est devenue un micro-univers exp\u00e9rimental au sein duquel les synapses individuelles sont cartographi\u00e9es \u00e0 l&rsquo;\u00e9chelle mol\u00e9culaire, manipul\u00e9es par des photons laser et mod\u00e9lis\u00e9es sur des supercalculateurs.<\/p>\n<p>En arrachant la formation hippocampique \u00e0 son lit vasculaire tout en pr\u00e9servant intacte sa g\u00e9om\u00e9trie lamellaire \u00e9l\u00e9mentaire, Per Andersen n&rsquo;a pas seulement mis au point un dispositif de chambre d&rsquo;enregistrement liquide-gaz d&rsquo;une ing\u00e9niosit\u00e9 exemplaire ; il a offert \u00e0 la science moderne la cl\u00e9 g\u00e9om\u00e9trique et biophysique qui a permis d&rsquo;ouvrir la bo\u00eete noire de la m\u00e9moire humaine. Son \u0153uvre scientifique colossale illustre \u00e0 jamais cette v\u00e9rit\u00e9 cardinale de la biologie fonctionnelle : les plus grands sauts conceptuels de l&rsquo;esprit naissent toujours de la rencontre intime entre une intuition g\u00e9om\u00e9trique profonde et une ma\u00eetrise rigoureuse de la technique exp\u00e9rimentale.<\/p>\n<h2>R\u00e9f\u00e9rences<\/h2>\n<ul>\n<li>Amaral, D. G., &amp; Witter, M. P. (1989). The three-dimensional organization of the hippocampal formation: a review of anatomical data. <em>Neuroscience<\/em>, 31(3), 571\u2013591. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1016\/0306-4522(89)90424-7\">https:\/\/doi.org\/10.1016\/0306-4522(89)90424-7<\/a><\/li>\n<li>Andersen, P., Bliss, T. V., &amp; Skrede, K. K. (1971). Lamellar organization of hippocampal pathways. <em>Experimental Brain Research<\/em>, 13(2), 222\u2013238. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1007\/BF00234087\">https:\/\/doi.org\/10.1007\/BF00234087<\/a><\/li>\n<li>Andersen, P., Eccles, J. C., &amp; L\u00f8yning, Y. (1964). Pathway of postsynaptic inhibition in the hippocampus. <em>Journal of Neurophysiology<\/em>, 27(4), 608\u2013619. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1152\/jn.1964.27.4.608\">https:\/\/doi.org\/10.1152\/jn.1964.27.4.608<\/a><\/li>\n<li>Andersen, P., Morris, R., Amaral, D., Bliss, T., &amp; O&rsquo;Keefe, J. (Eds.). (2007). <em>The Hippocampus Book<\/em>. Oxford University Press. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1093\/acprof:oso\/9780195100273.001.0001\">https:\/\/doi.org\/10.1093\/acprof:oso\/9780195100273.001.0001<\/a><\/li>\n<li>Bliss, T. V., &amp; L\u00f8mo, T. (1973). Long-lasting potentiation of synaptic transmission in the dentate area of the anaesthetized rabbit following stimulation of the perforant path. <em>The Journal of Physiology<\/em>, 232(2), 331\u2013356. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1113\/jphysiol.1973.sp010273\">https:\/\/doi.org\/10.1113\/jphysiol.1973.sp010273<\/a><\/li>\n<li>Bliss, T. V., &amp; Collingridge, G. L. (1993). A synaptic model of memory: long-term potentiation in the hippocampus. <em>Nature<\/em>, 361(6407), 31\u201339. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1038\/361031a0\">https:\/\/doi.org\/10.1038\/361031a0<\/a><\/li>\n<li>Collingridge, G. L., Kehl, S. J., &amp; McLennan, H. (1983). Excitatory amino acids in synaptic transmission in the Schaffer collateral-commissural pathway of the rat hippocampus. <em>The Journal of Physiology<\/em>, 334(1), 33\u201346. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1113\/jphysiol.1983.sp014478\">https:\/\/doi.org\/10.1113\/jphysiol.1983.sp014478<\/a><\/li>\n<li>Edwards, F. A., Konnerth, A., Sakmann, B., &amp; Takahashi, T. (1989). A thin slice preparation for patch clamp recordings from neurones of the mammalian central nervous system. <em>Pfl\u00fcgers Archiv &#8211; European Journal of Physiology<\/em>, 414(5), 600\u2013612. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1007\/BF00580990\">https:\/\/doi.org\/10.1007\/BF00580990<\/a><\/li>\n<li>Hebb, D. O. (1949). <em>The Organization of Behavior: A Neuropsychological Theory<\/em>. John Wiley &amp; Sons.<\/li>\n<li>Magee, J. C., &amp; Johnston, D. (1997). A synaptically controlled, associative signal for Hebbian plasticity in hippocampal neurons. <em>Science<\/em>, 275(5297), 209\u2013213. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1126\/science.275.5297.209\">https:\/\/doi.org\/10.1126\/science.275.5297.209<\/a><\/li>\n<li>McIlwain, H. (1951). Metabolic response in vitro to electrical stimulation of sections of mammalian brain. <em>Biochemical Journal<\/em>, 49(3), 382\u2013393. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1042\/bj0490382\">https:\/\/doi.org\/10.1042\/bj0490382<\/a><\/li>\n<li>Nicholson, C., &amp; Freeman, J. A. (1975). Theory of current source-density analysis and determination of conductivity tensor for anuran cerebellum. <em>Journal of Neurophysiology<\/em>, 38(2), 356\u2013368. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1152\/jn.1975.38.2.356\">https:\/\/doi.org\/10.1152\/jn.1975.38.2.356<\/a><\/li>\n<li>O&rsquo;Keefe, J., &amp; Dostrovsky, J. (1971). The hippocampus as a spatial map: Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. <em>Brain Research<\/em>, 34(1), 171\u2013175. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1016\/0006-8993(71)90358-1\">https:\/\/doi.org\/10.1016\/0006-8993(71)90358-1<\/a><\/li>\n<li>Rall, W. (1967). Distinguishing theoretical synaptic potentials computed for different soma-dendritic distributions of synaptic input. <em>Journal of Neurophysiology<\/em>, 30(5), 1138\u20131168. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1152\/jn.1967.30.5.1138\">https:\/\/doi.org\/10.1152\/jn.1967.30.5.1138<\/a><\/li>\n<li>Scoville, W. B., &amp; Milner, B. (1957). Loss of recent memory after bilateral hippocampal lesions. <em>Journal of Neurology, Neurosurgery, and Psychiatry<\/em>, 20(1), 11\u201321. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1136\/jnnp.20.1.11\">https:\/\/doi.org\/10.1136\/jnnp.20.1.11<\/a><\/li>\n<li>Skrede, K. K., &amp; Westgaard, R. H. (1971). The transverse hippocampal slice: a well-defined in vitro preparation for cognitive and cellular neurobiology. <em>Brain Research<\/em>, 35(2), 589\u2013593.<\/li>\n<li>Stuart, G. J., &amp; Sakmann, B. (1994). Active propagation of somatic action potentials into neocortical pyramidal cell dendrites. <em>Nature<\/em>, 367(6458), 69\u201372. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1038\/367069a0\">https:\/\/doi.org\/10.1038\/367069a0<\/a><\/li>\n<li>Tsay, D., &amp; Yuste, R. (2004). The role of dendritic spines in synaptic inhibitory and excitatory integration. <em>Trends in Neurosciences<\/em>, 27(2), 77\u201383. <a rel=\"noopener noreferrer\" href=\"https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.tins.2003.11.008\">https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.tins.2003.11.008<\/a><\/li>\n<\/ul>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Analyse acad\u00e9mique approfondie de la m\u00e9thode d&rsquo;enregistrement ex vivo sur tranches d&rsquo;hippocampe mise au point par Per Andersen et son impact neurophysiologique.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"closed","template":"","categories":[7005,647],"tags":[7008,7006,6620,6625,7007],"class_list":["post-5044","psych_experiment","type-psych_experiment","status-publish","hentry","category-neurophysiologie","category-psychologie-cognitive","tag-electrophysiologie-ex-vivo","tag-per-andersen","tag-plasticite-synaptique","tag-potentialisation-a-long-terme","tag-tranches-dhippocampe"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/psych_experiment\/5044","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/psych_experiment"}],"about":[{"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/psych_experiment"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=5044"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/psych_experiment\/5044\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=5044"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=5044"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=5044"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}