Maintien de la mémoire dans les synapses avec une plasticité calcique en présence d'une activité de fond.

Résumé La plupart des modèles d'apprentissage et de mémoire supposent que les souvenirs sont maintenus dans les circuits neuronaux par des modifications synaptiques persistantes induites par des schémas spécifiques d'activité pré- et postsynaptique. Pour que ce scénario soit viable, les modifications synaptiques doivent survivre à l'activité continue omniprésente dans les circuits neuronaux in vivo. Dans cet article, nous étudions les échelles de temps du maintien de la mémoire dans un modèle de plasticité synaptique basé sur le calcium qui s'est récemment révélé capable de s'adapter à différents ensembles de données expérimentales provenant de préparations hippocampiques et néocorticales. Nous constatons qu'en présence d'une activité de fond de l'ordre de 1 Hz, les paramètres qui s'adaptent aux données de la couche pyramidale 5 néocorticale conduisent à une décroissance très rapide de l'efficacité synaptique, avec des échelles de temps de quelques minutes. Nous identifions ensuite deux façons d'étendre cette échelle de temps de mémoire : (i) la concentration de calcium extracellulaire dans les expériences utilisées pour ajuster le modèle est plus grande que les concentrations estimées in vivo. Abaisser la concentration de calcium extracellulaire aux niveaux in vivo conduit à une augmentation des échelles de temps de mémoire de plusieurs ordres de grandeur. (ii) l'ajout d'un mécanisme de bistabilité, de sorte que chaque synapse présente deux états stables lorsque l'activité de fond est suffisamment faible, entraîne une augmentation supplémentaire de l'échelle de temps de la mémoire, puisque la décroissance de la mémoire n'est plus décrite par une décroissance exponentielle à partir d'un état initial, mais par un échappement à un puits de potentiel. Nous soutenons que les deux caractéristiques devraient être présentes dans les synapses in vivo. Ces résultats sont obtenus d'abord dans une synapse unique reliant deux neurones de Poisson indépendants, puis dans des simulations d'un grand réseau de neurones excitateurs et inhibiteurs à intégration et tir. Nos résultats soulignent la nécessité d'étudier la plasticité à une concentration extracellulaire physiologique de calcium, et mettent en évidence le rôle de la bi- ou multistabilité synaptique dans la stabilité des structures synaptiques apprises.