Neurophysiologie : circuits neuronaux
Circuits oscillants et oscillations neuronales
Rythme gamma (γ)

La fréquence des oscillations gamma est conventionnellement comprise entre 30 et 100 Hz.

Leur amplitude, leur distribution cérébrale et leur organisation temporelle varient selon les structures nerveuses et les états physiologiques.

Les oscillations gamma sont associées au traitement des informations sensorielles, aux processus attentionnels et à la coordination temporelle des activités neuronales.

Mécanismes de génération des activités rythmiques

Les oscillations gamma peuvent être générées par deux grands mécanismes de réseaux neuronaux, fondés sur les interactions synaptiques entre neurones excitateurs et interneurones inhibiteurs (What Are Gamma Waves (And How Are They Relevant to Clinical Psychiatry)? 2025).

• le mécanisme PING (pyramidal-interneuron network gamma),
• le mécanisme ING (interneuron network gamma).

Mécanisme PING (pyramidal- interneuron network gamma)

Le mécanisme PING (pyramidal-interneuron network gamma) repose sur les interactions entre neurones pyramidaux excitateurs et interneurones GABAergiques à décharge rapide, en particulier des cellules à panier exprimant la parvalbumine (PV).

1. Le fonctionnement du circuit repose sur trois étapes successives.

• Les neurones pyramidaux excitateurs activent les interneurones inhibiteurs par leurs connexions glutamatergiques.
• Les interneurones inhibiteurs activés libèrent du GABA, qui réduit temporairement l'activité des neurones pyramidaux.
• Lorsque cette inhibition diminue, les neurones pyramidaux peuvent être activés à nouveau, ce qui permet la répétition du cycle.

2. La répétition de ces interactions excitatrices et inhibitrices peut produire des oscillations gamma.

Leur fréquence dépend des propriétés des neurones, de la cinétique des courants synaptiques et de l'organisation du réseau.

Mécanisme ING (interneuron network gamma)

Le mécanisme ING (interneuron network gamma) repose sur les interactions synaptiques entre interneurones inhibiteurs GABAergiques à décharge rapide, souvent exprimant la parvalbumine (PV), sans nécessiter l'activation rythmique de neurones pyramidaux excitateurs.

1. Le fonctionnement du circuit repose sur trois étapes successives.

• Une excitation suffisante, qui peut être tonique, permet aux interneurones de produire des potentiels d'action.
• Les interneurones activés libèrent du GABA, qui inhibe temporairement les autres interneurones du réseau. Lorsque cette inhibition diminue, les interneurones peuvent produire de nouvelles décharges, permettant la répétition du cycle.

2. La synchronisation de ces décharges peut générer des oscillations gamma.

Leur fréquence dépend des propriétés électrophysiologiques des interneurones, de la cinétique des courants inhibiteurs et de l'organisation du réseau.

Rythme gamma et fonctions physiologiques

Rythme gamma et traitement des informations sensorielles

Les oscillations gamma sont associées au traitement des informations sensorielles dans différents réseaux corticaux.

1. La présentation d'un stimulus sensoriel peut provoquer une augmentation de l'activité gamma dans les régions corticales concernées.

• Cette activité dépend des caractéristiques du stimulus et de l'organisation des circuits qui le traitent.
• Dans le système visuel, les oscillations gamma peuvent varier selon le contraste, la taille et les propriétés spatiales des stimuli.

2. La synchronisation des oscillations gamma peut faciliter les échanges d'informations entre populations neuronales en coordonnant leurs périodes d'excitabilité.

Rythme gamma et attention

L'attention portée à un stimulus peut s'accompagner d'une augmentation de la puissance gamma dans les régions corticales qui traitent ce stimulus.

• Cette augmentation dépend des caractéristiques de la tâche et des réseaux neuronaux impliqués.
• Elle peut ainsi participer à la sélection attentionnelle, sans constituer un mécanisme exclusif de l'attention( attention sélective).

Rythme gamma et mémoire

Les oscillations gamma sont également étudiées dans les réseaux impliqués dans l'encodage et le maintien des informations en mémoire.

1. Dans la formation hippocampique, les oscillations gamma contribuent à coordonner l'activité des neurones lors de l'encodage et de la récupération des informations en mémoire.

a. Différentes composantes gamma peuvent être observées selon les régions hippocampiques et les circuits impliqués.

• Dans CA1, les oscillations gamma lentes (environ 30–50 Hz) sont associées aux interactions avec CA3, transmises par les collatérales de Schaffer.
• Les oscillations gamma rapides (environ 60–100 Hz) sont associées aux interactions avec le cortex entorhinal, transmises par la voie temporo-ammonique.

b. L'intérêt fonctionnel est que ces oscillations pourraient favoriser, à des moments différents, le traitement des informations provenant de CA3 ou du cortex entorhinal.

Couplages du rythme gamma avec les autres oscillations neuronales

1. Les oscillations gamma peuvent présenter des couplages avec d'autres activités oscillatoires, selon différentes modalités.

• Dans le couplage phase-phase, les phases des oscillations gamma peuvent présenter des relations temporelles organisées avec celles d'autres rythmes neuronaux.
• Dans le couplage phase-amplitude, 'amplitude des oscillations gamma peut varier en fonction de la phase d'oscillations plus lentes, comme les rythmes thêta, alpha ou delta.

2. Dans les réseaux hippocampiques et entorhinaux, le couplage phase-amplitude thêta-gamma se traduit par une variation de l'amplitude des oscillations gamma selon la phase du rythme thêta ( couplage thêta-gamma).

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