Déclenchement d'activité ectopique et infidélité de la transmission dans un axone endommagé : une modélisation fondée sur le décalage cinétique des canaux sodiques

Abstract

Les neurones endommagés développent de l'activité ectopique, c'est-à-dire qu'ils déchargent en l'absence de stimulus, ce qui engendre ensuite des douleurs neuropathiques. Des mesures expérimentales ont lié cette activité ectopique à un décalage cinétique (coupled left-shift, CLS) des canaux sodiques tensiodépendants. Nous avons donc construit un modèle numérique d'axone où une portion endommagée subit un tel décalage. Deux résultats fondamentaux et nouveaux sont obtenus : 1) En présence d'activité ectopique, une stimulation à haute fréquence peut entraîner la zone ectopique de l'axone à décharger à la même fréquence que le stimulus. La propagation est alors presque normale. 2) Dans un axone faiblement endommagé, sans activité ectopique au départ, un stimulus temporaire peut déclencher une activité ectopique qui perdure. Ceci amplifie le stimulus et peut donc être lié aux symptômes de douleurs neuropathiques. En plus de ces travaux de recherche, cette thèse propose une imposante section pédagogique, adressé au physicien qui débute en neurosciences.

Injured neurons exhibit ectopic activity (ie. they fire without being stimulated), leading to neuropathic pain. Experiments have linked this ectopic activity to a kinetic shift (coupled left-shift, CLS) of the voltage-gated sodium channels. Therefore, we have designed a computational model axon where a damaged zone is affected by such a left-shift. Two important novel results were obtained : 1) In an ectopic axon, high-frequency stimulation can force the ectopic zone to phase-lock to the stimulation frequency. Propagation is then almost normal. 2) In a weakly damaged axon, without initial ectopic activity, a short stimulus can trigger a long lasting ectopic activity. This amplifies the stimulus and can thus be linked to neuropathic pain-like symptoms. In addition to this research work, this thesis encompasses a large educational section, addressed to physicists just starting in neuroscience.