Modélisation de l'impact des fluctuations de concentrations ioniques sur le traitement de l'information et la consommation d'énergie dans les réseaux de neurones

 

Nicolas Doyon

Université Laval

 

Domaine : structures abstraites

Programme établissement de nouveaux chercheurs universitaires

Concours 2014-2015

Dans les modèles neuronaux, le potentiel de la membrane est fonction des courants transmembranaires ayant pour substrat le mouvement d'ions. Pourtant, les concentrations ioniques sont souvent traitées comme constantes.

Durant mon travail au Centre de Recherche de l'Institut universitaire en santé mentale de Québec, nous nous sommes intéressés à la dynamique de la concentration de chlore dans les neurones dans le contexte de la douleur neuropathique. Nos résultats démontrent que les fluctuations lentes de concentrations ioniques ont un impact important sur l'excitabilité des neurones, le traitement de l'information et la consommation énergétique.

En soulignant l'importance de ces fluctuations, nos recherches soulèvent plusieurs questions que j'étudierai au cours des prochaines années : 1. Tenir compte des dynamiques d'une espèce ionique équivaut à augmenter la dimension d'un système d'équations différentielles non linéaires. Je compte utiliser des diagrammes de bifurcation et des algorithmes de réduction afin de comprendre l'impact de telles extensions; 2. En collaboration avec le Groupe Interdisciplinaire de Recherche en Éléments Finis, je développerai des modèles en éléments finis utilisant les équations d'électrodiffusion afin de modéliser les fluctuations de concentrations ioniques dans des structures telles que les épines dendritiques ou la fente synaptique; 3. Je compte utiliser les résultats des simulations ci-haut afin de dériver des principes fondamentaux sur le lien entre la tolérance au bruit, la consommation d'énergie et la qualité du traitement de l'information dans le système nerveux.