Circuits et systemes de modelisation analogique de neurones ...

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Chapitre I : éléments de neurobiologie et de modélisation neurophysiologiqueA) B) C)bouton synaptiquecellule postsynaptiqueFigure 1-7 : synapse électrochimique. A) un potentiel d'action arrive à un bouton terminal del'axone de la cellule présynaptique. B) il provoque la libération d'un neuromédiateur dans lafente synaptique par exocytose des vésicules contenues dans le bouton. C) Le neuromédiateurprovoque, par exemple, l'ouverture de canaux sodiques et donc une dépolarisation de lacellule postsynaptique.Na +L'activité électrique dans la cellule présynaptique agit sur des vésicules situées dans laterminaison et provoque la libération dans la fente synaptique des molécules qu'ellescontiennent. Cette substance, dite neurotransmetteur, va agir, directement ou indirectement,sur les canaux ioniques de la cellule postsynaptique et y provoquer une injection de courant.L'action est directe quand le canal est sensible au neurotransmetteur, indirecte quand il estsensible à une seconde substance libérée dans la cellule postsynaptique par l'action duneurotransmetteur.Des mécanismes biochimiques complexes sont impliqués dans ce phénomène et un grandnombre de neurotransmetteurs ont été identifiés. Suivant la nature des canaux influencés, lecourant induit peut être entrant ou sortant et la membrane postsynaptique dépolarisée ou, aucontraire, hyperpolarisée. En fonction de son neurotransmetteur et des récepteurs-canauxassociés, une synapse chimique peut donc être excitatrice ou inhibitrice. Citons quelquesexemples de neurotransmetteurs : Excitateurs (entraînant une dépolarisation) :acétylcholine ACh, les acides aminés Glutamate et aspartate. Inhibiteurs (entraînant une hyperpolarisation) :acides aminés GABA et glycine.Enfin les monoamines adrénaline, noradrénaline, dopamine, sérotonine et histamine ainsiqu'une longue liste de peptides agissent en modulant la conductance des récepteurs-canaux etleur présence est souvent associée à celle des neurotransmetteurs excitateurs ou inhibiteurs.21
Chapitre I : éléments de neurobiologie et de modélisation neurophysiologiqueL'efficacité d'une synapse est fortement impliquée dans la façon dont le réseau traitel'information. Sa capacité à changer cette efficacité au cours du temps, souvent qualifiée deplasticité synaptique, est sans doute à l'origine de nombre des propriétés du réseau dans sonensemble [ITO 94].3.4.Propriétés émergentes des réseaux.Les mécanismes que nous venons d'effleurer ne sont que les supports physiques del'information qui circule dans un réseau de neurone, et leurs liens avec les propriétés du réseaune sont pas toujours évidents. Mais quelles sont ces propriétés ?Le cerveau humain calcule, il résout en permanence, consciemment ou non, les problèmes quepose l'afflux d'informations provenant de nos innombrables "capteurs" pour fournir uneréponse appropriée à la situation.La première question est, quel est le code de cette information ? Si un tel code existe, ildevrait nous permettre, par exemple, à la lecture de l'activité cellulaire d'une cellule sensiblede reconstruire son excitation [RIEKE 96], [MAAS 99].Le calcul implique souvent la comparaison avec des informations de référence, et donc lamémorisation, comment se fait-elle et à quel niveau du réseau ?Les mécanismes de mémorisation sont intimement liés à l'apprentissage, à notre capacité ànous adapter à notre environnement.Codage, mémorisation, apprentissage, voilà quelques-unes des questions auxquelles tente derépondre la recherche en neurosciences. Mais il en est bien d'autres comme, par exemple,comment se forme un tel réseau à partir de cellules embryonnaires indifférenciées ? Le "plande câblage" est-il inscrit dans nos gènes ? Le cerveau humain peut-il s'étudier lui-même ?En espérant une réponse positive à cette dernière question métaphysique, plusieurs approchessont imaginables pour aborder cette tâche immense. L'idée que de l'étude du comportementindividuel d'un neurone et de ses connexions jaillira la lumière sur le fonctionnement del'ensemble d'un réseau est dite stratégie ascendante. Elle implique la modélisation et souventla simulation des propriétés électrochimiques du neurone.4. MODELISATION ET SIMULATION DES MECANISMES NERVEUX.Modélisation et simulation sont étroitement liées à l'histoire des sciences. L'astronomie, sansdoute la première activité scientifique de l'Homme, en est le parfait exemple. Depuis que22
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