Cours 5 - Neurophysiologie des systèmes (complet)

Question 1

Donner les deux raisons principales justifiant l’utilisation des primates non-humains comme sujets

Answer 1

1) Génétiquement, anatomiquement et comportementalement similaires aux humains (possibilité d’étendre résultats aux humains)
2) Capables d’êtres entraînés pour comportements et tâches complexes

Question 2

Pourquoi utilise-t-on peu de singes dans les expériences?

Answer 2

• Coûteux à entretenir

- Proximité phylogénétique

Question 3

Donner les 7 étapes de bases des expériences chez les primates non-humains

Answer 3

1) Conception tâche expérimentale pour répondre à question spécifique
2) Assembler/construire équipement expérimental nécessaire
3) Préparer animal pour l’entrainement (familiarisation avec le laboratoire, l’équipement et le personnel; parfois chirurgies pour implanter des appareils de mesure du comportement)
4) Entrainer l’animal à effectuer la tâche
5) Procédure chirurgicale pour permettre l’accès au cerveau
6) Enregistrements neuraux alors que l’animal effectue la tâche
7) Analyse des données où l’activité neurale est corrélée avec le comportement

Question 4

Identifier les éléments principaux du montage expérimental pour les primates non-humains à la diapo 76

Answer 4

Voir diapo 10

Question 5

Nommer les 4 modalités de stimulation utilisées dans les expériences sur primates non-humains

Answer 5

1) Visuelle par écran
2) Tactile par stimulateur
3) Forces ou pressions par bras robotisé
4) Mouvement dans l’espace par système spécialisé

Question 6

Décrire brièvement les systèmes de mesure de performance comportementale pour les stimuli visuels

Answer 6

1) Scleral search coil technique : singe a tête centrée dans champ magnétique, qui induit courant dans coil autours de son oeil lors de mouvements oculaires, très précis
2) Oculomètre : caméra suit mouvement des yeux (souvent pupille), moins précis

Question 7

Décrire brièvement les systèmes de mesure de performance comportementale pour les stimuli de force ou pression

Answer 7

1) Bras robotisé/interface manipulable : mesure trajectoire entière pendant mouvement
2) Système de caméras
3) Écran tactile : mesure position main au début et fin du mouvement

Question 8

Décrire brièvement le système de mesure de performance comportementale pour les stimuli impliquant réponse musculaire

Answer 8

EMG : enregistrement des potentiels électriques générés par les cellules musculaires en réponse
à une stimulation neurale ou électrique

Question 9

Définir l’entraînement comportemental et les 2 étapes de base (et leurs sous-étapes) de son succès

Answer 9

Former graduellement le comportement du singe par renforcement positif. Temps d’entrainement varie selon difficulté de la tâche (2-3 mois à 1-2 années)

1) Familiarisation : apprendre à sortir de la cage, entrer dans chaise primate, devenir familier avec laboratoire et personnel, etc.
- 1 à 2 semaines

2) Apprentissage tâche expérimentale :
a) Introduction à appareillage expérimental et étapes simples de tâche
b) Introduction progressive aux nouveaux concepts étape par étape
c) Perfectionnement de la tâche

Question 10

Décrire les deux appareils implantés chirurgicalement pour mesurer les réponses comportementales

Answer 10

1) Scleral search coil : bobine de fil suturée sur sclérotique oeil pour mesurer déviation
2) Électrodes EMG : implantées dans muscle pour mesurer son activité

Question 11

Décrire l’appareil implanté chirurgicalement pour fixer la tête

Answer 11

Implant ou tige fixé à tête pour la stabiliser lors de l’enregistrement neural

Question 12

Décrire les 4 appareils implantés chirurgicalement pour accès à long terme au cerveau

Answer 12

1) Chambre d’enregistrement : cylindre avec bouchon implanté autours d’un trou dans crâne, cerveau protégé en refermant bouchon
2) Réseau d’électrodes : implantées à long terme pour enregistrer population neuronale
3) Canule : tube cylindrique étroit utilisé pour accéder structures profondes cerveau, possibilité d’introduire électrodes, agents pharmaco, vecteurs viraux ou sondes optiques.
4) Fenêtre crânienne : permet accès visuel aux structures superficielles du cerveau, utilisée pour imagerie neuronale

Question 13

Vrai/Faux : les chirurgies sur primates non-humains sont aussi rigoureuses et professionnelles que celles sur les humains

Answer 13

Vrai, environnement stérile, animal anesthésié, analgésiques et antibios après chirurgie, etc.

Question 14

Qu’est-ce qu’une crâniotomie?

Answer 14

Trou fait chirurgicalement dans le crâne pour avoir accès au cerveau

Question 15

Quelles sont les deux manières de s’assurer que les implants sont insérés au bon endroit pendant chirurgie?

Answer 15

1) Instrument sétéroaxique : positionne tête animal dans orientation précise pour définir cadre de référence 3D commun à tous les individus. Atlas éponyme fournit infos sur quelles structures sont ou.
2) Avec IRM : création d’un modèle 3D de l’animal, repérage des structures cibles et implantation selon repères sur crâne.

Question 16

Expliquer l’origine et les deux caractéristiques importantes des potentiels extracellulaires

Answer 16

Produits par le courant qui sort de l’espace intracell par réponse au courant entrant dans celui-ci

1) Reflètent somme des contribution de nombreux puits (courant extra vers intra) et sources (courant intra vers extra) dans un volume conducteur
2) Plus une source ou puit est éloigné de l’électrode d’enregistrement, moins sa contribution est importante

Question 17

Décrire les deux types de potentiels extracellulaires

Answer 17

1) Potentiel d’action :
- Composante haute fréquence du signal extracellulaire (100 Hz-10kHz)
- Enregistrement près cellule (pointe de l’électrode < 140 μm du neurone)
- Reflète signal sortie neurone avec résolution temporelle de millisecondes
- Généralement accepté comme mesure donnant le plus d’information par rapport à ce que les neurones encodent/signalent

2) Potentiel de champ :
- Composante à basse fréquence du signal extracellulaire (< 100Hz)
- Peuvent être enregistrés plus loin du corps cellulaire que potentiels d’action extracell.
- Puisque potentiels de champ représentent activité dans volume de tissu ils sont plus difficile à interpréter
- Des données suggèrent qu’ils reflètent en grande partie les courants synaptiques

Question 18

Quels deux méthodes peuvent mesurer potentiels de champ?

Answer 18

1) EEG (électroencéphalogramme) : enregistrement électrique à la surface du cuir chevelu, reflète entrées synaptiques des neurones de couches corticales superficielles
2) ECoG (électrocorticogram) : électrodes placées sous le crâne en contact avec méninges, meilleure détection des processus locaux que les EEG

Question 19

Vrai/Faux : les potentiels de champ locaux (LFPs) sont des potentiels de champ, donc partagent les mêmes caractéristiques

Answer 19

Vrai (composante basse fréquence, somme des sources/puits environnants, etc.), mais localement dans un enregistrement

Question 20

Décrire les avantages et inconvénients des deux approches d’enregistrement

Answer 20

1) Réseaux d’électrodes mobiles avec microdescendeur : machine descend lentement électrodes dans cerveau
A ;
- Flexible, échantillonner plusieurs neurones, plusieurs régions
- Possibilité de bouger électrode pour optimiser enregistrement
D ;
- Difficile d’enregistrer bcp neurones en même temps
- Peut prendre longtemps pour enregistrer grande population

2) Réseaux d’électrodes implantés chroniquement :
A ;
- Enregistrer nombreux neurones simultanément
- Enregistrer mêmes neurones sur longues périodes
D ;
- Échantillon limité de neurones de région particulière
- Aucune garantie que toutes électrodes dans position appropriée

Question 21

Vrai/Faux : pointe plus fine signifie résistance plus élevée, résistance élevée implique bruit plus grand

Answer 21

Vrai

Question 22

Nommer et décrire les cinq différentes configurations d’électrodes vues

Answer 22

1) Microélectrode en verre : tube capillaire en vitre rempli d’électrolyte, enregistrements extra et intracell., mécaniquement fragile
2) Électrode pointue en métal : fil de métal gravé et isolé avec polymère ou verre, enregistrements extra, mécaniquement fragile
3) Électrodes de microfils : fils fins de tungstène ou acier inox isolés avec polymère, souvent arrangés en réseaux, mécaniquement robustes

4) Réseaux d’électrodes en silicium : enregistrements chroniques, grand nombre de site d’enregistrement, bonne stabilité mécanique,
- Réseaux haute densité : bloc de silicium gravé former réseau d’aiguilles, pointes enduites de platine, haute densité de sites d’enregistrements
- Sonde multisite : sonde en silicium, enregistrements chroniques à différentes profondeurs

5) Réseaux d’électrodes mobiles : déjà vus

Question 23

Donner les étapes pour détecter, classer et identifier les potentiels d’action à travers le bruit physiologique

Answer 23

1) Filtrage : extraire portion signal extracell. lié aux potentiels d’action
2) Détection du potentiel : seuil pour identifier les décharges
3) Extraction des caractéristiques : discrimination potentiels d’action selon sous-groupe de caractéristiques
4) Clustering : définir différents groupes qui correspondent aux décharges de différents neurones