Soutenance de thèse de GAINUTDINOV Azat
Titre de thèse
Mécanismes synaptiques et de réseau des ondes aiguës précoces dans l'hippocampe du rongeur en periode néonatal
Synaptic and Network Mechanisms of the Early Sharp Waves in the Neonatal Rodent Hippocampus
Résumé de la thèse
Dans l'hippocampe des rongeurs nouveau-nés, les ondes aigües précoces (« early
sharp waves, eSPWs ») représentent le premier patron d'activité organisée,
apparaissant sous forme de bouffées d'activité récurrente de réseau neuronal. Cette
thèse explore les mécanismes à l'origine de la génération des eSPWs, et leurs corrélats
synaptiques dans le contexte de la maturation développementale de l'inhibition
hippocampique.
L'étude commence par examiner le rôle de la stimulation somatosensorielle dans
l'induction des eSPWs. Les expériences ont démontré que la stimulation électrique
sous-cutanée induit des eSPWs, avec des caractéristiques temporelles et spatiales
similaires à celles des événements spontanés. Les profils de densité des sources de
courant (CSD) ont révélé l'implication des voies temporo-ammonique et perforante,
reliant les entrées sensorielles externes à l'activité hippocampique.
La dynamique temporelle des réponses synaptiques lors des eSPWs in vivo et
pendant les réponses évoquées par la stimulation des voies temporo-ammonique et
perforante dans les préparations in vitro a été analysée à l'aide d'enregistrements en
patch-clamp dans les régions CA1 et du gyrus denté (DG). L'analyse a montré que les
courants postsynaptiques excitateurs (EPSCs) précèdent les courants postsynaptiques
inhibiteurs (IPSCs) de plusieurs dizaines de millisecondes, créant une large fenêtre
d'intégration pour les entrées excitatrices. Ce décalage se réduit à mesure que les
synapses inhibitrices mûrissent, reflétant la progression développementale de
l'inhibition "feedforward".
Enfin, une analyse immunohistochimique a cartographié la distribution et la mise en
place développementale des futures synapses inhibitrices à parvalbumine dans la
région CA1 de l'hippocampe. Les résultats de cette analyse suggèrent que les synapses
établies par les interneurones à parvalbumin sur les dendrites se forment plus
précocement que les synapses périsomatiques.
Dans l'ensemble, ces résultats indiquent un rôle clé des entrées excitatrices externes
dans l'activation du réseau neuronal hippocampique immature et suggèrent également
un développement tardif de l'inhibition dans l'hippocampe, ce qui, ensemble, crée les
conditions d'une activité en bouffée dans l'hippocampe au cours des premiers stades du
développement.
Thesis resume
In the neonatal rodent hippocampus, early sharp waves (eSPWs) represent the first
organized activity pattern, emerging as transient, recurrent bursts of neuronal network
activity. This thesis investigates the mechanisms underlying eSPW generation, and their
synaptic correlates in context of developmental maturation of hippocampal inhibition.
The study begins by exploring the role of somatosensory stimulation in evoking
eSPWs. Experiments demonstrated that electrical stimulation of whisker pads and limbs
reliably induces eSPWs, showing temporal and spatial characteristics similar to
spontaneous events. The current-source density (CSD) profiles revealed the
involvement of temporoammonic and perforant pathways, linking external sensory
inputs to hippocampal activity.
The temporal dynamics of synaptic responses during eSPWs in vivo and during
responses evoked by stimulation of the temporo-ammonic and perforant pathways in
the in vitro preparations were analysed using patch-clamp recordings in the CA1 and DG
regions. Analysis revealed that excitatory postsynaptic currents (EPSCs) precede
inhibitory postsynaptic currents (IPSCs) by tens of milliseconds, creating a broad
integration window for excitatory input. This delay narrows as inhibition matures,
aligning with the developmental progression of feedforward inhibition (FFI).
Finally, immunohistochemical analysis mapped the distribution and developmental
placement of future parvalbumin inhibitory synapses in the CA1 region of the
hippocampus. The results of this analysis suggest that dendritic synapses made by
parvalbumin interneurons form earlier than perisomatic synapses.
Taken together, these results indicate a key role for external excitatory inputs in the
activation of the immature hippocampal neuronal network and also suggest a delayed
development of inhibition in the hippocampus, which together create conditions for
bursting activity in the hippocampus during early development.