Dissection optique et computationnelle de l'épine synaptique

 

Paul De Koninck

Université Laval

 

Domaine : techniques, mesures et systèmes

Programme projet de recherche en équipe

Concours 2015-2016

Pour comprendre le cerveau, des innovations méthodologiques pouvant générer des mesures quantitatives sur la connexité et la fonction des neurones et des synapses sont nécessaires. Les récentes avancées sur les méthodes optiques pour investiguer le cerveau offrent en ce sens un potentiel transformateur. Par contre, la biophotonique doit aussi s'allier aux approches computationnelles, afin d'intégrer une quantité colossale de données et de formuler de nouvelles hypothèses sur le fonctionnement du système nerveux.

Le projet de cette équipe multidisciplinaire (neurobiologie, biophotonique, biologie computationnelle et mathématiques) portera principalement sur l'épine synaptique et la détermination de son rôle dans l'intégration de l'information synaptique. L'approche expérimentale repose sur des méthodes optiques de haute-résolution pour mesurer les changements de voltage et de calcium dans l'épine durant la transmission synaptique. Pour comprendre les principes qui gouvernent les changements de potentiel électrique et de concentration ionique dans une épine, nous proposons de les modéliser à l'aide de la méthode des éléments finis, qui offre une résolution spatiale et temporelle exceptionnelle.

Enfin, nous modéliserons une courte branche dendritique avec plusieurs épines pour comprendre comment le phénomène de ‘crosstalk' synaptique vient réguler les épines et influencer l'intégration dendritique des signaux. La combinaison d'imagerie optique avec la modélisation computationnelle nous permettra de sonder et de décrire avec un niveau de détails inédit les propriétés dynamiques des épines, des dendrites et des neurones. Ce projet pavera aussi la voie à une intégration synergique entre l'optique de pointe et les méthodes computationnelles pour étudier la biologie.