Application de la méthode des éléments finis à la modélisation en neuroscience: modélisation de l'électro-diffusion dans les épines dendritiques et les noeuds de Ranvier, modélisation de la régulation volumique des neurones, modélisation des enregistrements électriques dans les expériences d'opto-génétique

 

Nicolas Doyon

Centre de recherche de l'institut universitaire en santé mentale de Québec [CRIUSMQ]

 

Domaine : neurosciences, santé mentale et toxicomanies

Programme chercheurs-boursiers - Junior 1

Concours 2017-2018

L'étude du cerveau humain est cruciale pour combattre diverses maladies psychiatriques dont les impacts socio-économiques sont malheureusement en croissance.  Alors que les données expérimentales sont acquises à un rythme accéléré grâce au développement de nouvelles techniques qui permettent d'enregistrer l'activité des neurones à une échelle de plus en plus petite, la construction et la résolution de modèles mathématiques deviennent essentielles pour intégrer les données expérimentales dans un cadre théorique compréhensible, interpréter la signification des mesures et prédire l'impact de différentes interventions thérapeutiques. 

Ce projet de recherche consiste à rassembler des chercheurs théoriciens et expérimentaux afin de de développer et de valider expérimentalement des modèles qui permettront d'étudier différentes thématiques dont voici deux exemples :

  1. La perte d'inhibition dans le système nerveux est impliquée dans de nombreuses maladies allant de la douleur neuropathique à la schizophrénie en passant par l'épilepsie. Cette perte d'inhibition est souvent reliée non pas a une diminution de l'activité des synapses inhibitrices en tant que telle mais aux changements de concentrations ionique (les ions chlorures s'accumulent dans la cellule) ce qui diminue l'efficacité des synapses inhibitrices. Le mécanisme par lequel l'inhibition perd son efficacité détermine le succès ou l'échec des stratégies thérapeutiques.  Nos modèles mathématiques permettront de tester virtuellement l'impact de différentes approches pharmaceutiques.
  2. La détection précoce de maladies comme la schizophrénie ou l'Alzheimer est nécessaire pour pouvoir influencer positivement le parcours de vie des patients.  La microscopie holographique est une technique innovatrice qui permet de mesurer des changements dans la manière dont les cellules régulent leur volume et l'étude de la régulation volumique de cellules provenant de sujets à risque pourrait permettre de prédire le parcours des maladies. Nous développerons des modèles mathématiques qui permettront de relier les mesures de microscopie holographique aux propriétés biophysiques des cellules et ainsi de mieux comprendre leur signification.