2P optogenetics : simulation and modeling for optimized thermal dissipation and current integration
Optogénétique 2P : optimisation thermique et électrophysiologique par simulation et modélisation
par Alexis PICOT sous la direction de Valentina EMILIANI et de Benoît Claude FORGET
Thèse de doctorat en Physique
ED 564 Physique en Île-de-France

Soutenue le Wednesday 28 November 2018 à Sorbonne Paris Cité

Sujets
  • Aspect médical
  • Optogénétique
  • Simulation
  • Électrophysiologie

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Mots clés
Optogénétique, Microscopie bi-photonique, Holographie générée par ordinateur, Photostimulation, Propagation de lumière, Diffusion thermique, Diffusion lumineuse, Cristaux Erbium-Ytterbium, Potentiel d'action, Intégration de courant, Électrophysiologie, Opsine
Resumé
Depuis maintenant quinze ans, l'optogénétique a bouleversé la recherche en neurosciences en permettant de contrôler les circuits neuronaux. Le développement récent de plusieurs approches d'illumination, combinées à de nouvelles protéines photosensibles, les opsines, ont permis d'ouvrir une voie vers le contrôle neuronale avec la précision de la cellule unique. L'ambition nouvelle d'utiliser ces approches afin d'activer des dizaines, centaines, milliers de cellules in vivo a soulevé de nombreuses questions, notamment concernant les possibles dégâts photoinduits et l'optimisation du choix du couple illumination/opsine. Lors de mon doctorat, j'ai conçu une simulation vérifiée expérimentalement qui permet de calculer, dans toutes les conditions actuelles d'illumination, quel sera l'échauffement au sein du tissus cérébral dû à l'absorption de la lumière par le cerveau. Parallèlement, j'ai paramétré à partir de données expérimentales des modèles de dynamique des populations, à partir d'enregistrements d'électrophysiologie, qui permettent de simuler les courants intracellulaires observés lors de ces photostimulations, pour trois protéines différentes. Ces modèles permettront les chercheurs d'optimiser leurs protocoles d'illumination afin de garantir l'échauffement le plus faible possible dans l'échantillon, tout en favorisant des dynamiques de photocourant adaptées aux besoins expérimentaux.