Notion de Synapse : Plasticité synaptique

Comprendre comment l'activité neuronale modifie l'efficacité de la transmission et comment cela soutient l'apprentissage.

Objectifs

Définir ce qu’est une synapse et distinguer les types de plasticité (LTP, LTD).
Expliquer les mécanismes moléculaires (Rcepteur AMPA/NMDA, neurotransmetteurs) et les conséquences sur l’efficacité synaptique.
Appliquer les notions à des cadres d’apprentissage simples et interpréter des courbes de plasticité.

Notions clés

Définition: Une synapse est la zone de communication entre un neurone pré-synaptique et un neurone post-synaptique. La plasticité décrit l’ajustement durable de l’efficacité de cette transmission.

Règle d’Hebb (renforcement): Dans une phrase, on écrit \( \\Delta w = \eta \ x_i \ y_j \)\, pour indiquer que la modification du poids synaptique est proportionnelle à l activity présynaptique x et postsynaptique y: \( \Delta w = \eta \ x_i \ y_j \).

Formule affichée (mise en évidence): \[ \Delta w = \eta \ x_i \ y_j \].

STDP (Spike-Timing-Dependent Plasticity): le signe et l’amplitude du changement dépendent du décalage temporel Δt entre les pics présynaptiques et postsynaptiques: \[ \ \Delta w = \begin{cases} A_+ e^{-\Delta t/\tau_+}, & \Delta t > 0 \\ -A_- e^{\Delta t/\tau_-}, & \Delta t < 0 \end{cases} \], où Δt est mesuré en millisecondes.

Exemple résolu

Étape 1: Deux entrées présynaptiques actives avec des poids w1 et w2 contribuent à la réponse postsynaptique.

Étape 2: Si Δt est positif et proche de 0, on utilise la loi STDP: \( \Delta w = A_+ e^{-\Delta t/\tau_+} \).

Étape 3: Le nouveau poids w' est obtenu par w' = w + \Delta w, ce qui peut augmenter ou diminuer la probabilité de l’émission d’un potentiel d’action ultérieur.

Voir la solution

Supposons Δt = 5 ms, A_+ = 0.5 et τ_+ = 20 ms. Alors \( \Delta w = 0.5 \cdot e^{-5/20} \\approx 0.5 \cdot e^{-0.25} \\approx 0.5 \cdot 0.7788 \\approx 0.389 \). Donc w' = w + 0.389.

Erreurs fréquentes

Frise chronologique des découvertes clés

1906 Cajal propose que les synapses transmettent des signaux chimiques et non électriques
1949 Donald Hebb formule la règle d’Hebb sur le renforcement des connexions
1973 Bliss et Lomo démontrent la potentialisation à long terme (LTP) dans l’hippocampe
1990s STDP décrit comment le timing entre pré et post est crucial pour la plasticité

Schéma illustratif: synapse et plasticité

Récapitulatif

La plasticité est la modification durable de l’efficacité synaptique.
Hebb: association pré et post augmente le poids synaptique: \( \Delta w = \eta \ x_i \ y_j \).
STDP dépend du timing Δt entre les pics pré et post: \[ \\Delta w = \\begin{cases} A_+ e^{-\\Delta t/\\tau_+}, & \\Delta t > 0 \\ \\ -A_- e^{\\Delta t/\\tau_-}, & \\Delta t < 0 \\end{cases} \]\

Cartes mémo

Plasticité synaptique

Modification durable de l’efficacité des synapses

LTP

Renforcement de la transmission après co-activité

LTD

Affaiblissement de la transmission après anti-co-activité

STDP

Dépend du Δt entre pré et post

Mini-quiz de vérification

Question 1: Quelle affirmation décrit le mieux la plasticité synaptique?

Elle modifie le nombre de neurones présents au niveau d’un circuit.
Elle ajuste l’efficacité de la transmission entre les neurones sur le long terme.
Elle change uniquement la vitesse de conduction le long de l’axone.

Réponse: c’est la réponse B, l’efficacité synaptique évolue durablement en fonction de l’activité.