Visualisation de la propagation de l'activité électrique dans des coupes d'hippocampe de rat par des sondes optiques sensibles au voltage

Des colorants membranaires sensibles au voltage et une matrice de 100 photodétecteurs ont été utilisés pour détecter la propagation de l'activité électrique évoquée dans la région CA1 des coupes d'hippocampe de rat. Un processeur d'affichage a été conçu pour visualiser la propagation de l'activité électrique au ralenti. La stimulation du chemin collatéral commisural de Schaffer dans le stratum radiatum a évoqué des signaux optiques rapides à latence courte (2-4 ms), suivis de signaux lents à latence plus longue (4-15 ms) qui se sont estompés en 20-50 ms. Des signaux rapides multiples ont fréquemment été détectés au stratum pyramidale ; ils se sont propagés vers le stratum oriens avec une vitesse de conduction approximative de 0,1 m/s. Les signaux rapides n'ont pas été altérés dans un milieu à faible Ca(2+) et à forte Mg(2+) mais ont été bloqués par la tétraodotoxine. Ces signaux représentent probablement des potentiels d'action dans les axones des collatéraux de Schaffer. Leur vitesse de conduction était d'environ 0,2 m/s et leur période réfractaire d'environ 3-4 ms. Les signaux lents étaient absents dans un milieu à faible Ca(2+) et représentent probablement des potentiels post-synaptiques excitatoires (e.p.s.p.) générés dans les dendrites apicales des cellules pyramidales. Ils étaient générés dans le stratum radiatum, où les signaux présynaptiques étaient observés, et se propageaient vers les somas et les dendrites basales (le stratum pyramidale et oriens, respectivement). Le timing des signaux avec un temps de montée rapide, qui ont été détectés au stratum pyramidale, coïncidait approximativement avec le timing des potentiels de champ enregistrés extracellulairement. Ces décharges multiples représentent probablement des potentiels d'action des cellules pyramidales. Ils se propagent vers les dendrites apicales mais avec une atténuation significative des amplitudes des composantes à haute fréquence des potentiels d'action pyramidaux. Des potentiels d'hyperpolarisation pouvaient être détectés lorsque des stimuli forts étaient appliqués au stratum radiatum ou à l'aveus. Les hyperpolarizations nettes n'étaient détectées que dans le stratum pyramidale et la région frontière entre le stratum pyramidale et radiatum. Souvent, l'inhibition était masquée par les grands e.p.s.p. Cependant, son existence pouvait être démontrée par le traitement de la coupe avec de la picrotoxine ou un milieu à faible Cl(-). Dans ces conditions, une dépolarisation durable des dendrites apicales était évoquée par la stimulation. Cela était associé à une augmentation des décharges multiples dans le stratum pyramidale et oriens. Ces études illustrent l'utilité des colorants sensibles au voltage dans l'analyse des propriétés électriques passives et actives, des propriétés pharmacologiques et des connexions synaptiques dans les coupes cérébrales de mammifères, tant au niveau des petits éléments neuronaux (dendrites, axones) qu'au sein de populations neuronales activement synchronisées.