Contribution du ciblage somatique et dendritique des interneurones cérébelleux au codage temporel du contexte sensoriel – IntTempComp

Le cervelet est essentiel pour ajuster à des contextes sensoriels complexes des comportements temporellement précis. Comment son microcircuit génère-t-il des réponses précises dans le temps et adaptées au détail du contexte sensoriel ? Notre hypothèse est que les propriétés spécifiques des interneurones ciblant les somas et les dendrites (DTI et STI), qui inhibent la seule sortie du cortex cérébelleux (les cellules de Purkinje, PC), implémentent des computations distinctes mais critiques. Alors que l'inhibition antérograde électrique entre les STI synchronise les PCs, l'intégration synaptique sublinéaire des SCs améliore la séparation de motifs par les PC. Pour tester ces hypothèses, nous combinerons 1) le double patch-clamp et le décageage des neurotransmetteurs dans les tranches de cerveau, 2) la modélisation mathématique, et 3) l'imagerie à 2 photons de pointe et les enregistrements électrohysiologiques à haute densité de l'activité du réseau chez les souris éveillées.

La littérature récente suggère que, malgré la nature inhibitrice des sorties de PC, les neurones qu’ils ciblent dans les noyaux cérebelleux sont plus efficacement entraînés par les PC lorsque leur activité est synchronisée. Mais il n’est aujourd’hui pas compris comment la synchronisation rapide et transitoire des PC émerge malgré l'hétérogénéité de ses afférences et l’activité asynchrone des entrées synaptiques. Les ITS sont bien placées pour résoudre cette énigme, mais elles sont soumises à la même hétérogénéité que les PC en matière d’afférences synaptiques excitatrices. Comment le circuit cortical cérébelleux parvient-il à une synchronisation transitoire précise à partir d'entrées synaptiques temporellement moins précises ? Le partenaire 1 a récemment montré que les IST du cervelet peuvent générer une synchronisation rapide de leur décharge en transmettant des potentiels d'action filtrés, connus sous le nom de spikelets, et des potentiel synaptiques sous-seuil. Le partenaire 3 a précédemment montré chez des animaux vivants que les ITS régulent puissamment les PC. Nous émettons donc l'hypothèse que la synchronisation précise des neurones de sortie cérébelleux nécessite deux étapes de synchronisation du réseau : dans un premier temps, la décharge synchronisée des interneurones cérébelleux est obtenue par des synapses électriques, et dans un second temps, l'inhibition précise des ITS réduit la fenêtre d'intégration, assurant ainsi la décharge synchrone des PC. En outre, un réseau d'interneurones couplés électriquement peut générer une inhibition synchronisée transitoirement et étendue dans l'espace qui assure le recrutement parasagittal de nombreuses PC convergeant vers des neurones nucléaires cérébelleux. Un tel mécanisme de synchronisation à plusieurs niveaux aurait des implications transformatrices pour la compréhension de la façon dont les PC contrôlent leurs cibles en aval.

Une autre fonction essentielle des PC est leur capacité à distinguer les informations sensorielles et à transformer des informations contextuelles spécifiques en configurations de décharge coordonnée à même d’adapter des comportements temporellement précis. L'expansion et le recodage de l'information dans les couches de cellules granulaires sont censés décorréler les patrons d'activité d'entrée qui se projettent dans les PC pour permettre leur discrimination. Les partenaires 1 et 2 ont montré précédemment que les DTI cérébelleux peuvent augmenter leur puissance de calcul par une intégration dendritique sub-linéaire. Par conséquent, nous proposons que les ITD soient idéalement adaptées pour améliorer encore cette discrimination et cette transformation en une décharge en sortie appropriée pour modifier le comportement. Puisque les sous-réseaux STI et DTI sont omniprésents dans le cerveau, nous proposons qu'ils fournissent une stratégie canonique pour générer une activité neuronale temporellement précise , essentielle pour adapter et ajuster les comportements.