[eng] Electrophysiological recordings in the hippocampus have revealed a tight control of
inhibitory interneurons over the Granule Cells (GC), the principal excitatory neurons of
the Dentate Gyrus (DG). This excitation/inhibition balance is crucial for information
transmission and likely relies on inhibitory synaptic plasticity. Previous experiments have
shown that Long-Term Potentiation (LTP) of the Perforant Pathway, not only
potentiates glutamatergic synapses but also decreases feed-forward inhibition in the DG,
facilitating activity propagation in the circuit. To investigate this phenomenon, we built
a population computational model where neurons were described by Izhikevich's
equations. The model contained the minimal elements required to reproduce the neuronal
dynamics reported experimentally in the DG. The results obtained from the numerical
integration of the model equations, before and after LTP induction, support the
counterintuitive experimental observation of an LTP-induced synaptic depression of the
feed-forward inhibitory connection. vVe find that LTP increases the efficiency of the
glutamatergic input to recruit the inhibitory network of the hilar region, resulting in an
average reduction of the basket cell population activity. The predictions of the model
were supported electrophysiologically in mice, in an in vitro preparation of intracellular
patch-clamp recordings after in viva LTP induction. Furthermore, we found that LTP
preferentially decreased perisomatic inhibitory inputs without affecting distal dendritic
inputs. The potential functional implications of the found dendritic/perisomatic
imbalance induced by LTP was further investigated using a detailed computational
model of GCs. Overall, our findings suggest that LTP rebalance the inhibitory network
in the DG resulting in a reduction in the tight control of basket cells over GCs firing,
increasing burst firing and reliability in response to a constant input pattern. As a
consequence, information transmission to CA3 is enhanced without affecting pattern
separation. Overall, the result of this thesis support a network mechanism operated by
synaptic plasticity and based on the regulation of perisomatic inhibition in GCs to control
information transmission in the hippocampus.
[spa] Los registros electrofisiológicos en el hipocampo han revelada un estrecho control de las
interneuronas inhibitorias sobre las Células Granulares (CG), las principales neuronas
excitatorias del Giro Dentada (GD). Este equilibrio entre excitación e inhibición es crucial
para la transmisión de información y probablemente depende de la plasticidad sinaptica
inhibitoria. Experimentos anteriores han demostrada que la Potenciación a Largo Plazo
(LTP) de la Vía Perforante, no sólo potencia las sinapsis glutamatérgicas sino que
también disminuye la inhibición feed-forward en el GD, facilitando la propagación de la
actividad en el circuito. Para investigar este fenómeno, construimos un modelo
computacional poblacional en el que las neuronas se describen mediante las ecuaciones
de Izhikevich. El modelo contenía los elementos mínimos necesarios para reproducir la
dinamica neuronal reportada experimentalmente en el GD. Los resultados obtenidos de
la integración numérica de las ecuaciones del modelo, antes y después de la inducción de
la LTP, apoyan la observación experimental contra intuïtiva de una depresión sinaptica
inducida por la LTP de la conexión inhibitoria de avance. Encontramos que la LTP
aumenta la eficiencia de la entrada glutamatérgica para reclutar la red inhibitoria de la
región Hilar, resultando en una reducción media de la actividad de la población de células
Basket. Las predicciones del modelo fueron apoyadas electrofisiológicamente en ratones,
en una preparación in vitro de registros intracelulares después de la inducción de LTP in
viva. Ademas, encontramos que la LTP disminuyó preferentemente las entradas
inhibitorias perisomaticas sin afectar a las entradas dendríticas distales. Las posibles
implicaciones funcionales del desequilibrio dendrítica /perisomatico inducido por la LTP
se investigaran mas a fondo utilizando un modelo computacional detallada de las CG.
En general, nuestros hallazgos sugieren que la LTP reequilibra la red inhibitoria en el
GD, lo que resulta en una reducción del control estricta de las células Basket sobre el
disparo de los CGs, aumentando el disparo de rafagas y la fiabilidad en respuesta a un
patrón de entrada constante. Como consecuencia, la transmisión de información a CA3
se ve reforzada sin afectar a la separación de patrones. En general, el resultada de esta
tesis apoya un mecanismo de red operada por la plasticidad sinaptica y basado en la
regulación de la inhibición perisomatica en las CGs para controlar la transmisión de
información en el hipocampo.
[cat] Els registres electrofisiològics a l'hipocamp han revelat un estret control de les
interneurones inhibitòries sobre les Cèl·lules Granulars (CG), les principals neurones
excitatòries de Giro Dentat (GD). Aquest equilibri entre excitació i inhibició és crucial
per a la transmissió d'informació i probablement depèn de la plasticitat sinàptica
inhibitòria. Experiments anteriors han demostrat que la Potenciació a Llarg Termini
(LTP) de la Via Perforant, no només potencia les sinapsis glutamatèrgiques sinó que
també disminueix la inhibició feed-forward al GD, facilitant la propagació de l'activitat
en el circuit. Per investigar aquest fenomen, vam construir un model computacional
poblacional en el qual les neurones es descriuen mitjançant les equacions d' Izhikevich.
El model contenia els elements mínims necessaris per a reproduir la dinàmica neuronal
reportada experimentalment en el GD. Els resultats obtinguts de la integració numèrica
de les equacions de el model, abans i després de la inducció de la LTP, donen suport a la
observació experimental contra intuïtiva d'una depressió sinàptica induïda per la LTP
de la connexió inhibitòria d'avanç. Trobem que la LTP augmenta l'eficiència de l'entrada
glutamatèrgica per reclutar la xarxa inhibitòria de la regió Hilar, resultant en una
reducció mitjana de l'activitat de la població de cèl·lules Basket. Les prediccions del
model van ser recolzades electrofisiològicament en ratolins, en una preparació in vitro de
registres intracel · lulars després de la inducció de L TP in viva. A més, trobem que la
LTP va disminuir preferentment les entrades inhibitòries perisomàtiques sense afectar les
entrades dendrítiques distals. Les possibles implicacions funcionals del desequilibri
dendrític/perisomàtic induït per la LTP es van investigar més a fons utilitzant un model
computacional detallat de les CG. En general, els nostres troballes suggereixen que la
LTP reequilibra la xarxa inhibitòria al GD, el que resulta en una reducció del control
estricte de les cèl · lules Basket sobre el tir dels CGs, augmentant el tret de ràfegues i la
fiabilitat en resposta a un patró d'entrada constant. Com a conseqüència, la transmissió
d'informació a CA3 es veu reforçada sense afectar la separació de patrons. En general, el
resultat d'aquesta tesi dóna suport a un mecanisme de xarxa operat per la plasticitat
sinàptica i basat en la regulació de la inhibició perisomàtica a les CGs per controlar la
transmissió d'informació en l'hipocamp.