Une question de stabilité

Un article dont le sujet m’a bien intéressée, est paru en Janvier 2007. Malheureusement, pour le comprendre pleinement, il me manque comme qui dirait quelques base physiques et mathématique. Si quelqu’un est motivé pour m’éclairer… Je vous raconte ce que j'ai compris. Toute correction et expliction est la bienvenue.

Il s’agit d’une expérience in vitro destinée à étudier l’activité spontanée d’un réseau neuronal dans l’hippocampe  (sur tranches de la région CA3 de rats). Les auteurs ont utilisés une technique d’imagerie fonctionnelle calcique, qui consiste à évaluer l’activité neuronale via les influx de calcium. L’intérêt de cette méthode, comparée à l’électrophysiologie (unitaire ou multi-unitaire) est qu’elle a une bonne résolution spatiale. Elle permet ainsi d’enregistrer une centaine de cellules dans  une région assez large, tout en individualisant le comportement d’un neurone donné et de le localiser, de distinguer les cellules activées/inactivées. Son inconvénient est sa résolution temporelle assez faible, de l’ordre de 30 images/seconde ici.

L’enregistrement porte sur 30 minutes. Les auteurs ont observé que l’activité spontanée de cette population neuronale était constituée d’une série d’états stables. Le réseau change d’état toutes les 40 secondes en moyenne (10 à 60 s). Le changement semble brutal et non progressif (mais la résolution temporelle de la technique étant faible, cela peut-il être retenu ?). De plus, ces états stables semblent avoir un comportement « attractor-like », c’est-à-dire que après un stimulus artificiel, le réseau tend à retourner à l’état pré-stimulus. Enfin, les auteurs suggèrent que le système est métastable plutôt que multistable. En effet, dans un système métastable, l’énergie potentielle elle-même varie, donc le niveau d’énergie minimal aussi et par conséquent le réseau change d’état d’équilibre, mais n’a aucune raison de retourner à un état similaire aux précédents. Dans un système multistable, plusieurs niveaux d’équilibre existent pour une même énergie potentielle, et le réseau « navigue » entre ces différents points de façon ergodique (j’ai appris des mots en lisant ce papier !!!) Or leurs mesures montrent que les transitions se fait de façon unidirectionnelle et irréversible, et qu’un état donné n’a été observé qu’une fois au cours de ces 30 minutes.  Plutôt en faveur de métastabilité, donc.

Certes, la durée de l’enregistrement n’étant que de 30 minutes, ça reste à démontrer. Un des trucs que je ne comprends pas bien notamment est que l’impossibilité de simuler ces transitions avec le modèle « hidden Markow » ( ?????) indique par ailleurs que ces transitions ne sont pas aléatoires. Ca fait référence à un système chaotique ?

Un truc intéressant, qui m'a évité la noyade (mais où ça mène tous ces calculs!?) est le lien possible avec la mémorisation. L’hippocampe est « the » structure pour la mémoire de travail en particulier. Or la durée de celle-ci est de quelques secondes à 1 minute. Or, c’est la durée pendant laquelle le réseau reste dans un état d’équilibre donné !

J’allais oublier de mettre la référence : Metastability of active CA3 networks. Sasaki et al. 2007. J Neuroscience, 27(3) 517-528.