Techniques d’enregistrement électrophysiologique unicellulaire in vivo

Thèse présentée dans le cadre du programme de doctorat en physique

Chapitre 1; Introduction
1.1.1 Le système nerveux central
1.1.2 Neurobiologie cellulaire
1.1.3 Les systèmes biologiques
1.2 Techniques pour sonder le vivant in vivo
1.2.1 Techniques d’enregistrement optique par fluorescence in vivo
1.2.2 Techniques d’enregistrement électrophysiologique unicellulaire in vivo
1.2.3 Les signaux électrophysiologiques in vivo
1.3 La problématique
1.4 Littérature en lien direct avec la problématique
1.4.1 La fibre optique traditionnelle
1.4.2 Les fibres optiques non conventionnelles
1.4.3 Littérature relative aux solutions à base de fibres optiques et d’électrodes
1.5 Microsonde optique et électrique
1.6 Présentation de la thèse
Chapitre 2; La microsonde : Matériel et méthode 
2.1 Les quatre générations de fibres à doubles cœurs
2.1.1 La première génération de fibre
2.1.2 La deuxième génération de fibre
2.1.3 La troisième génération de fibre
2.1.4 La quatrième génération de fibre
2.2 Fabrication de la pointe et emplissage
2.2.1 Étirement de la pointe
2.2.2 La clive de la pointe
2.2.3 Emplissage de la pointe par l’électrolyte
2.3 Jonction électrique
2.3.1 Jonction électrique par trou latéral
2.3.2 Jonction électrique directe
2.4 Jonction optique
2.5 Montage
2.6 Conclusions
Chapitre 3; Propriétés optiques de la microsonde
3.1.1 Propagation de la lumière et perte lumineuse
3.1.2 Analyse du bruit optique
3.2 Détection optique in vitro
3.2.1 Preuve de concept in vitro
3.2.2 Détection de neurones en culture
3.2.3 Détection de neurones en tranches
3.3 Simulation numérique de la détection optique
3.3.1 Objectifs
3.3.2 Paramètres du modèle
3.3.3 Dynamique de la modélisation
3.3.4 Modélisation du champ de détection optique
3.4 Conclusions
Chapitre 4; Expérimentation in vivo  
4.1 Résultats dans la moelle épinière de rats
4.1.1 Paramètres expérimentaux
4.1.2 Enregistrements électrophysiologiques extracellulaires
4.1.3 Enregistrement optique de neurones fluorescents unitaires
4.1.4 Artéfacts des mouvements physiologiques
4.1.5 Critère de co-localisation
4.1.6 Enregistrements optiques et électriques en parallèle
4.2 Résultats dans le cerveau de Souris Transgéniques
4.2.1 Enregistrement optique et électrique
4.3 Conclusions
Conclusion générale

Rapport PFE, mémoire et thèse avec la catégorie système nerveux central

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La troisième génération de fibre

Une troisième génération de fibre fut produite après l’utilisation de plus de la moitié de la quantité de la fibre produite de deuxième génération. Divers essais et caractérisations furent faits avec la deuxième génération et il était temps de raffiner la fibre utilisée, entre autres pour faciliter l’insertion d’un fil métallique directement par le cœur creux et créer un autre type de jonction électrique.
La préforme de la troisième génération fut un mélange des deux premières, le cœur creux était formé d’un capillaire (comme à la première génération) et les plus gros interstices étaient bouchés par des tiges d’emplissages supplémentaires (comme à la deuxième génération) (figure 2.3A). Cependant, une variation technique visait à favoriser le maintient de la tige de capillarité dans le cœur creux. Lors d’une étape préalable, cette tige fut fixée aux parois du capillaire et fut en suite introduite dans la préforme (Figure 2.3A).
L’expérience acquise lors des deux premiers étirements fut un atout important pour le contrôle des paramètres d’étirement. Le diamètre du cœur creux par rapport au diamètre total désiré était de 11% et le rapport du cœur optique était de 61%.

POSITIONNEMENT AXIAL DE LA MICROSONDE

Le positionnement spatial de la microsonde est basé sur une technique de conversion du signal temporel à spatial. Elle est basée sur les artéfacts d’enregistrement générés lors du déplacement de la microsonde (figure D.1 A et B). Lors d’un déplacement, le micromanipulateur (Burleigh, 6000, precision ± 0.1 µm) produit des perturbations électriques ; lorsque la vitesse du déplacement est constante, l’intervalle de temps entre les artéfacts est constant à 2%près (figure D.1 A). Nous utilisons donc ces perturbations comme un avantage.

Le déplacement moyen entre deux artéfacts est de x = 2.5 ± 0.1 µm (D.S.= 0.05 µm) et il n’est pas dépendant de la vitesse de déplacement (la D.S. est très faible par rapport à la moyenne sur M). Cette technique permet d’estimer la position de la sonde à moins de 5% près.
Sur cette base, nous avons converti l’information temporelle en information spatiale, ce qui permet de connaître l’intensité du signal en fonction de la position de la sonde. Les signaux initiaux furent filtrés à l’aide d’une routine Matlab pour en retirer les artéfacts et transformer ceux-ci en une série de zéro (figure D.1 C et D). Dès lors, les séquences de zéro ont pu être utilisées comme référence spatiales. La figure D.1 A montre l’enregistrement d’un neurone où les artéfacts sont filtrés, les amplitudes crête-à-crête des potentiels d’actions sont par la suite mesurées (figure D.1 B) et misent en graphique selon la position relative de la sonde (figure D.1 C). Cette technique de référence spatiale permet de calculer l’amplitude enregistrée des p.a. d’un neurone in vivo en fonction de la position de la microsonde.

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