E9 Oscillations et synchronisation neuronale

Topique

Le réseau cortical est composé de populations de neurones qui, en se comportant comme des oscillateurs de phase couplés, peuvent synchroniser leur activité et générer des rythmes oscillatoires macroscopiquement observables : les bandes delta, thêta, alpha, bêta et gamma.

Le modèle de Kuramoto, utilisé précédemment pour décrire la synchronisation pathologique du réseau cortical, réduit chaque élément oscillant à une variable de phase unique, dotée d’une fréquence propre et d’un couplage aux autres phases du réseau dont l’intensité varie périodiquement en fonction de la différence de phase entre les éléments. Dans sa formulation en champ moyen, le modèle de Kuramoto introduit un paramètre d’ordre, indicateur de synchronisation qui résume le degré de synchronisation de l’ensemble du réseau cortical : plus les éléments oscillants sont synchronisés, plus ce paramètre est élevé.

Au niveau du circuit, la paire excitateur-inhibiteur du modèle de Wilson-Cowan peut entrer dans un régime oscillatoire, générant par exemple un rythme dans la bande gamma du réseau cortical. La fréquence de ce régime oscillatoire dépend à la fois des constantes de temps des populations excitatrices et inhibitrices du réseau cortical et de la force des connexions réciproques entre ces deux populations : plus les constantes de temps sont courtes et plus les connexions réciproques sont fortes, plus la fréquence du régime oscillatoire du réseau cortical est élevée.

La cohérence spectrale du réseau cortical quantifie le degré de couplage entre deux signaux dans le domaine fréquentiel, tandis que le couplage phase-amplitude mesure comment la phase d'une oscillation lente module l'amplitude d'une oscillation rapide dans ce même réseau – un phénomène pertinent pour l'organisation temporelle de l'activité corticale.

Globalement, c'est ce même réseau cortical, formé d'éléments oscillants pouvant être synchronisés selon le modèle de Kuramoto et de paires excitatrices-inhibitrices pouvant entrer en régime oscillatoire selon le modèle de Wilson-Cowan, qui génère les rythmes oscillatoires macroscopiquement observables, dont le couplage entre les signaux et entre les différentes fréquences organise temporellement l'activité de l'ensemble du réseau cortical.

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