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Estimating the Readily-Releasable Vesicle Pool Size at Synaptic Connections in the Neocortex

Résumé

Previous studies based on the 'Quantal Model' for synaptic transmission suggest that neurotransmitter release is mediated by a single release site at individual synaptic contacts in the neocortex. However, recent studies seem to contradict this hypothesis and indicate that multi-vesicular release (MVR) could better explain the synaptic response variability observed in vitro. In this study we present a novel method to estimate the number of release sites per synapse, also known as the size of the readily releasable pool (N-RRP), from paired whole-cell recordings of connections between layer 5 thick tufted pyramidal cell (L5_TTPC) in the juvenile rat somatosensory cortex. Our approach extends the work of Loebel et al. (2009) by leveraging a recently published data-driven biophysical model of neocortical tissue. Using this approach, we estimated N-RRP to be between two to three for synaptic connections between L5_TTPCs. To constrain N-RRP values for other connections in the microcircuit, we developed and validated a generalization approach using published data on the coefficient of variation (CV) of the amplitudes of post-synaptic potentials (PSPs) from literature and comparing them against in silico experiments. Our study predicts that transmitter release at synaptic connections in the neocortex could be mediated by MVR and provides a data-driven approach to constrain the MVR model parameters in the microcircuit.

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Plasticité synaptique
La plasticité synaptique, en neurosciences, désigne la capacité des synapses à moduler, à la suite d'un événement particulier - une augmentation ou une diminution ponctuelle et significative de leur activité - l'efficacité de la transmission du signal électrique d'un neurone à l'autre et à conserver, à plus ou moins long terme, une "trace" de cette modulation. De manière schématique, l'efficacité de la transmission synaptique, voire la synapse elle-même, est maintenue et modulée par l'usage qui en est fait.
Vésicule synaptique
Les vésicules synaptiques sont de petits compartiments des terminaux présynaptiques des neurones, stockant des neurotransmetteurs qui sont susceptibles d'être libérés dans l'espace intersynaptique à la suite de l'arrivée d'un potentiel d'action dépolarisant et l'augmentation des niveaux calciques intracellulaires. Le nombre ou la taille du pool de vésicules synaptiques est variable selon le type de neurones considérés (quelques dizaines pour les petites synapses telles que celles trouvées dans l'hippocampe).
Synapse
thumb|400px|Synapse entre deux neurones. La synapse (du grec , « contact, point de jonction », dérivé de , « joindre, connecter ») est une zone de contact fonctionnelle qui s'établit entre deux neurones, ou entre un neurone et une autre cellule (cellules musculaires, récepteurs sensoriels...). Elle assure la conversion d'un potentiel d'action déclenché dans le neurone présynaptique en un signal dans la cellule postsynaptique. On estime, pour certains types cellulaires (par exemple cellule pyramidale, cellule de Purkinje.
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