La transmission synaptique dans les corticaux est généralement décrite comme un phénomène de « tout ou rien » ou digital. Un Potentiel d'Action (PA) est émis dans la cellule présynaptique, provoquant le relargage de neurotransmetteurs au niveau du bouton présynaptique et, en conséquence, une dépolarisation transitoire de la cellule postsynaptique (Potentiel Post-Synaptique Excitateur ou PPSE). Cependant, de nombreuses études ont démontrées que la forme du PA présynaptique dépend de l'activité sous liminaire précédant son émission. En effet, si la cellule présynaptique est dépolarisée durant 5 à 10 s avant l'émission du PA, ce dernier s'élargit, ce qui provoque une augmentation du relargage de neurotransmetteurs et de l'amplitude du PPSE. Ainsi, la transmission synaptique dépend d'un phénomène digital, le PA, dont la forme est modulée analogiquement. On parle de transmission Analogique-Digitale. L'élargissement du PA et l'augmentation de la transmission synaptique suite à une longue dépolarisation de la transmission synaptique est nommée Facilitation Analogique-Digital due à la Dépolarisation (FADD). Durant cette thèse, nous nous sommes posé 3 questions principales. Quel est le mécanisme biophysique de la FADD ? Existe-il des Facilitations Analogique Digitale dépendante de modulation de l'amplitude du PA et non de sa largeur ? Les modulations de la forme du PA sont-elles toutes à court terme (de la milliseconde à la seconde) ou existe-t-il des modulations de la forme du PA à long terme (plusieurs jours) ? Pour répondre à la première question, nous avons enregistré des paires de neurones CA3 de l'hippocampe et avons dépolarisé la cellule présynaptique durant 10 s avant l'émission du PA. Nous avons observé une FADD de 30 % qui était supprimée par le blocage pharmacologique des canaux potassiques axonaux Kv1. Ces canaux sont responsables de la phase de repolarisation du PA et ont la propriété de s'inactiver durant de longues dépolarisations. Nous en avons conclu qu'entre les neurones CA3, la FADD était due à l'inactivation des canaux Kv1 pendant la dépolarisation précédant le PA, ce qui provoque un ralentissement de la phase de repolarisation du PA et ainsi un élargissment du PA. Afin de répondre à la seconde question, nous avons enregistré des paires de neurones CA3 dans l'hippocampe. Nous avons observé qu'une courte hyperpolarisation (50 ms) du neurone présynaptique avant l'émission du potentiel d'action provoquait une augmentation de l'amplitude du PA entrainant un accroissement du relargage de neurotransmetteur et de la taille du PPSE. Nous avons nommé ce phénomène FADH pour Facilitation Analogique-Digitale induite par Hyperpolarisation. La FADH est due à récupération de l'inactivation de canaux sodiques responsables de l'amplitude du PA quand le neurone présynaptique est hyperpolarisé, ce qui augmente leur disponibilité. Enfin, pour répondre à la troisième question, nous avons bloqué la transmission synaptique entre les neurones CA3 durant 3 jours. Cela a entrainé une augmentation compensatoire de la transmission synaptique entre les paires de neurones CA3. Il est important de noter que cette augmentation compensatoire est due à la régulation négative des canaux Kv1 entrainant un élargissement du PA. Ainsi, la forme du PA peut-être moduler sur le long terme et participer à la plasticité synaptique. En conclusion, nous avons démontré que le PA n'a pas une forme fixée mais que cette dernière est modulée sur des échelles de temps allant de la dizaine de ms à plusieurs, permettant aux réseaux neuronaux d'élargir leur capacité de transfert d'information. / Generally, the synaptic transmission in cortical networks is described as an « all-or-none » or digital phenomenon. An Action Potential (AP) is emitted in the presynaptic cell entailing the release of neurotransmitters at presynaptic terminal and, consequently, a transient depolarization of the postsynaptic cell (Excitatory Post-Synaptic Potential or EPSP). However, several studies showed that the presynaptic AP shape depend on the subthreshold activity before his occurrence. Indeed, if the presynaptic cell is depolarized during 5 to 10 seconds before the AP emission, the AP is getting broader which leads to an increase in neurotransmitters release and EPSP amplitude. Therefore, the synaptic transmission depends on a digital phenomenon, the AP, whose shape is modulated in an analogic way, the so-called Analog-Digital transmission. The increase in AP width and synaptic transmission following a long depolarization of the presynaptic cell is named Analog Digital Facilitation induced by depolarization (d-ADF). During this thesis, we asked 3 main questions. What is the biophysic mechanism of d-ADF? Are there ADFs depending on AP amplitude modulation? Are the modulations of the AP shape all short term modulations (ms to s) or are there some long term AP shape modulations (days)? To answer the first question, we recorded pairs of hippocampal CA3 neurons and we depolarized the presynaptic cell during 10 ms before AP emission. We observed a d-ADF of 30 % which was suppressed by the phamarcological blockade of axonal potassium channels Kv1. These channels are responsible of the AP repolarization phase and have the property to inactivate during long depolarization. We concluded that the d-ADF at the CA3-CA3 synapse is due to inactivation of Kv1 channels during the depolarization preceding the AP which entails a slowing of the AP repolarization phase and a broadening of the AP. In order to answer the second question, we recorded pairs of hippocampal CA3 neurons. We observed that a short hyperpolarization of the presynaptic neuron (50 ms) before the AP emission entailed an increase of the AP amplitude leading to an increase of neurotransmitters release and EPSP amplitude. We named this phenomenon hyperpolarization induced Analog-Digital Facilitation (h-ADF). The h-ADF is due to the recovery from inactivation of sodium channels responsible of AP amplitude when the presynaptic neuron is hyperpolarized. Finally, to answer the third question, we blocked the synaptic transmission between CA3 neurons for 3 days. This provoked a compensatory increase of synaptic transmission between pairs of CA3 neurons. Interestingly, this compensatory increase is due to the downregulation of Kv1 channels leading to a broadening of the AP. Therefore, the AP shape can be modulated within days and participate to synaptic plasticity. In conclusion, we showed that the AP is not digital but that its shape is modulated within time scales going from the ms to several days, increasing information transfer ability of neuronal networks.

Univ., Diss.--Passau, 2005.

Freie Univ., Diss.--Berlin, 2005.

Univ., Diss. u.d.T.: Die Längsschnittanalyse von Wahlkämpfen--Mannheim, 1999, Veränderungen von Wahlkampfstrategien und -führung der Parteien. / Literaturverz. S. 409 - 441.

Philos.-Theol. Hochsch. St. Georgen, Diplomarbeit--Frankfurt am Main, 1995.

Zugl.: Berlin, Freie Universiẗat, Diss., 2008.

Univ., Diss.--Rostock, 2003. / Nebent.: Die Spruchkörpertätigkeit der Juristischen Fakultät Rostock.

Univ., Diss.--Mainz, 2003.

Chez Drosophila melanogaster, l’orientation horaire (dextrale) des organes est déterminée par un gène unique codant la Myosine non conventionnelle de type ID (MyoID). Un crible génétique modificateur en contexte sensibilisé pour myoID nous a permis d’identifier klp64D comme un gène interagissant génétiquement avec myoID. Celui-ci code l’une des sous-unités motrices du complexe moteur hétérotrimérique Kinésine-2 (Kin-2) constitué d’une autre sous-unité motrice Klp68D et d’une sous-unité adaptatrice Kap3. Nous montrons que klp68D interagit génétiquement avec myoID lors de la mise en place de l’axe D/G. Ceci suggère donc un rôle de l’ensemble du complexe Kin-2 dans l’asymétrie D/G. Chez les vertébrés, Kin-2 participe à l’assemblage des cils impliqués dans la détermination D/G lors de la gastrulation. Or, chez la drosophile, les cils ne sont pas requis dans la détermination D/G. MyoID et Kin-2 sont requis de manière synchrone dans la voie dextrale lors de la détermination D/G. En outre, Kin-2 joue un rôle important dans la rotation horaire du génitalia et l’enroulement dextral de l’intestin postérieur adulte (hindgut). Kin-2 est requise dans l’organisateur D/G de l’hindgut adulte pour l’orientation biaisée des cellules qui n’expriment pas MyoID. Par ailleurs, nos résultats suggèrent que l’activité de Kin-2 n’est pas requise dans le sous-ensemble de cellules qui exprime MyoID. Enfin, le rôle joué par Kin-2 dans l’asymétrie D/G semble indépendant de la polarité apico-basale et des jonctions adhérentes. Kin-2 pourrait donc jouer un rôle non ciliaire dans la phase de propagation de l’information directionnelle induite par MyoID. / In nature most of the bilateralia are left/right (L/R) asymmetric. In Drosophila, asymmetry is apparent in the directional looping of gut and terminalia. Dextral orientation of organs is controlled by the activity of a single gene myosin ID (myoID) whose mutation induces a fully inverted L/R axis. To date little is known of how the initial L/R cue induced by MyoID is propagated and maintained through the rest of the architecture of the L/R organizer. Here we present the identification of klp64D and klp68D as new myoID interacting genes. These genes encodes the two motor sub-units of the Drosophila Kinesin-2 motor complex. Interestingly, this microtubule-based motor plays a ciliary function in vertebrate L/R morphogenesis. However, we show that in Drosophila cilia are not involved in L/R asymmetry. We demonstrate that Kinesin-2 acts during L/R determination in the dextral pathway. Furthermore Kinesin-2 is required for proper L/R patterning both of male genitalia and of adult hindgut. L/R activity of Kinesin-2 is restricted to cells that do not express MyoID suggesting a role for this motor in propagation of the L/R cue. Our findings show for the first time a non ciliary role for Kinesin-2 in L/R axis determination. Thus, these results shed light on an evolutionary conservation between Drosophila and vertebrate L/R determination.

[pt] Neste trabalho, foca-se em uma solução alternativa para se expressar a incerteza de medição que é aplicada na localização por identificação por rádio-frequência (RFID). Elabora-se um modelo para a expressão da incerteza de medição, incerteza máxima possível diferencial (IMPD), que aplica-se aos métodos de identificação de células (Cell-Id ou Cid), vizinho mais próximo (VMP) e trilateração (3L) e que possa servir de auxílio à escolha dos parâmetros relevantes para localização, antes da implementação. Propõe-se uma modificação da Cell-ID, denominada Cell-ID média (MCid), e constrói-se o modelo de incertezas tanto para a Cid quanto para a MCid, levando em conta os parâmetros não considerados no modelo da literatura. Os modelos propostos neste trabalho levam, naturalmente, à definição de um alcance ótimo para as tags. Consequentemente, derivam-se fórmulas fechadas para a sua determinação direta e rápida. Com todo o ferramental construído, desenvolveu-se um experimento numérico aplicado à localização de chamadas de emergência segundo critérios do E911, cujos resultados indicaram a possibilidade de localização com a metodologia proposta, ainda que o alcance varie de 40 m em magnitude, em relação ao alcance esférico geralmente adotado na literatura. Mostrou-se como modelar a incerteza dos métodos VMP e 3L e também se comparou a incerteza de medição determinada pelo método proposto neste trabalho com a determinada tanto por simulação de Monte Carlo quanto pela lei de propagação de incertezas. Os resultados indicaram que o método proposto pode estimar a incerteza para altas probabilidades de abrangência, sendo especialmente útil quando nem todas as grandezas de entrada podem ser medidas. / [en] In this work, the focus is on an alternative solution for expressing the uncertainty of a measurement, which is applied in location by the identification through radio-frequency (RFID). A proposal of a model for the expression of measurement uncertainty is presented, named as the maximum possible differential uncertainty (IMPD, in Portuguese), and its application to the Cell-Id (Cid), nearest neighbor (VMP, in Portuguese) and trilateration (3L) methods that may be of use for choosing the relevant parameters for location before implementation. A modification of Cell-ID is proposed, named mean Cell-ID (MCid), and built the error model for both Cid and MCid, taking into account the parameters not considered in the literature. The models proposed in this work conducted, naturally, to the definition of an optimal range for the tags. Consequently, it is derived closed formulae for its direct and fast determination. Finally, with all the tools built, a numerical experiment applied to the location of emergency calls is developed, according to criteria for the E911 (Enhanced 911). The results indicated the possibility of positioning, even if the range shows variations of 40 m, in magnitude, in relation to the spherical range generally adopted in the literature. It was shown how to model the uncertainty of VMP and 3L, and performed a comparison between the measurement uncertainty as given by the method proposed in this work with the one determined by a Monte Carlo simulation. The results indicate that the proposed approach can estimate the measurement uncertainty for high coverage probabilities, and that it is especially useful when one or more input quantities cannot be measured.