Nicolas Doyon, Ph.D.
Professeur associé, Département de mathématiques et statistique, Faculté de Sciences et génie
Chercheur au Centre de recherche CERVO
Mieux comprendre les neurones et les réseaux de neurones grâce à la simulation et la modélisation mathématiques.
Le professeur Nicolas Doyon du département de mathématiques et de statistique, utilise son expertise en modélisation mathématique pour mieux comprendre la manière dont les transporteurs ioniques influencent le traitement des signaux par les neurones. Un contrôle précis de la quantité de certains ions, comme les ions chlorure, est nécessaire au bon fonctionnement des neurones. Les études du professeur Doyon ont mené à une meilleure compréhension du contrôle spatio-temporel du transport des ions dans les neurones.
Des défauts dans la régulation du transport des ions chlorure sont associés à plusieurs maladies comme la douleur chronique, l’épilepsie, l’autisme et la schizophrénie, et la restauration du contrôle représente donc une cible thérapeutique intéressante pour ces maladies. Une protéine nommée KCC2 en particulier a le rôle important de faire sortir les ions chlorure et ainsi de contrôler leur niveau dans les cellules. En modélisant la fonction de KCC2 dans différentes conditions, les recherches du Pr Doyon ont montré que des variations subtiles dans le temps et l’espace de l’activité de KCC2 peuvent avoir des effets importants sur le fonctionnement des neurones. Ces études pourront mener à de meilleures stratégies de contrôle de KCC2, qui ameneraient des bénéfices thérapeutiques importants.
J'utilise la modélisation mathématique et les simulations numériques afin de mieux comprendre les neurones et les réseaux de neurones.
Mes intérêts spécifiques incluent:
-La modélisation des fluctuations de la concentration des ions chlorure intracellulaire et leurs impacts sur la signalisation synaptique, la qualité du traitement de l'information et la consommation d'énergie des neurones. J'applique ces modèles particulièrement à l'étude de la dérégulation de l'homéostasie des ions chlorure résultant d'une baisse de l'activité du KCC2 dans la douleur neuropathique.
-L'utilisation de la méthode des éléments finis pour résoudre les équations de Poisson-Nernst-Planck. Ces équations permettent de décrire les changements de concentration ionique et de potentiel électrique dans des structures neuronales à la géométrie complexes comme les épines dendritiques et les noeuds de Ranvier.
-La modélisation des expériences optogénétiques et des enregistrements électriques extracellulaires. En collaboration avec des chercheurs de la compagnie Doric Lenses nous développons un simulateur permettant prédire l'impact de la position et des propriétés des électrodes et des fibres optiques sur la qualité des enregistrements.
-L'étude des réseaux complexes et de l'impact de la topologie des réseaux sur la qualités du la signalisation.
Frank Boahen, Étudiant à la maîtrise. Application de la méthode des éléments finis à la description de l'électrodiffusion dans les épines dendritiques.
Nadège Octavie Lenkeu Lenkeu, Étudiante à la maitrise, modélisation des changements de volume des cellules lorsque soumises à des chocs osmotiques.
Tahmineh Azizi, Étudiante au doctorant. Systèmes dynamiques et fluctuations des concentrations ioniques.
Maurice-Étienne Cloutier, Étudiant au doctorat. Théorie analytique des nombres.
François Laniel, Étudiant au doctorat. Théorie analytique des nombres.
Vincent Ouellet, Étudiant au doctorat. Théorie analytique des nombres. .
1) Automatic mesh adaptation improves simulation of electrodiffusion in the node of Ranvier, 2016, Ibrahima Dione, Jean Deteix, Thomas Briffard, Éric Chamberland, Nicolas Doyon, PLOS ONE accepted for publication.
2) Chloride regulation: a dynamic equilibrium crucial for synaptic inhibition, 2016,
Nicolas Doyon, Laurent Vinay, Steve A Prescott, Yves De Koninck, NEURON 89 (6), 1157-1172.
3) Counting Hidden Neural Network, 2016, Anathony Richard, Patrick Desrosiers, Simon Hardy, Nicolas Doyon, JOURNAL OF INTEGERS SEQUENCES 19 (2), 3.
4) Mild KCC2 hypofunction causes inconspicuous chloride dysregulation that degrades neural coding, 2015, Nicolas Doyon, Steve A Prescott, Y De Koninck, 2015. Frontiers in cellular neuroscience 9.
5) Allosteric modulation of metabotropic glutamate receptors by chloride ions,
Amélie S Tora, Xavier Rovira, Ibrahima Dione, Hugues-Olivier Bertrand, Isabelle Brabet, Yves De Koninck, Nicolas Doyon, Jean-Philippe Pin, Francine Acher, Cyril Goudet, 2015. The FASEB Journal, 29, 10 4174-4188.
6) Morphine hyperalgesia gated through microglia-mediated disruption of neuronal Cl-homeostasis. Francesco Ferrini, Tuan Trang, Theresa-Alexandra M Mattioli, Sophie Laffray, Thomas Del'Guidice, Louis-Etienne Lorenzo, Annie Castonguay, Nicolas Doyon, Wenbo Zhang, Antoine G Godin, Daniela Mohr, Simon Beggs, Karen Vandal, Jean-Martin Beaulieu, Catherine M Cahill, Michael W Salter, Yves De Koninck, 2013. NATURE NEUROSCIENCE, 1,62 183-192.
7) Efficacy of synaptic inhibition depends on multiple, dynamically interacting mechanisms implicated in chloride homeostasis. Nicolas Doyon, Steve A Prescott, Annie Castonguay, Antoine G Godin, Helmut Kröger, Yves De Koninck, 2011. PLoS Comput Biol. 7-9.
8) Inhibitory synaptic plasticity: spike timing-dependence and putative network function. Tim P Vogels, Robert C Froemke, Nicolas Doyon, Matthieu Gilson, Julie S Haas, Robert Liu, Arianna Maffei, Paul Miller, Corette Wierenga, Melanie A Woodin, Friedemann Zenke, Henning Sprekeler, 2013. FRONTIERS IN NEURAL CIRCUTIS, volume 7, 119 pages.
9) Treating pathological pain: is KCC2 the key to the gate? Nicolas Doyon, Francesco Ferrini, Martin Gagnon, Yves De Koninck. 2013. EXPERT REVIEW ON NEUROPATHICS. Vol 13, 5. pages
469-471.
10) On the counting function for the Niven numbers, Jean-Marie De Koninck, Nicolas Doyon, Imre Katai, 2003, ACTA ARITMETICA, Vol. 106 Pages 265-275.
J'ai effectué un baccalauréat en mathématiques à l'Université Laval durant lequel j'ai développé une passion pour la recherche scientifique. J'ai par la suite effectué une maitrise en mathématiques appliquées à l'Université de Montréal durant laquelle j'ai utilisé les mathématiques pour créer des modèle de la propagation électrique dans les valves cardiaques.
Après un doctorat en mathématiques théoriques durant lequel j'ai effectué de la recherche en théorie analytique des nombres, j'ai débuté un stage postodoctoral en neurosciences computationnelles à l'Institut Universitaire en Santé Mentale de Québec. Depuis, je collabore avec de nombreux chercheurs expérimentaux afin de développer des modèles mathématiques qui permettent de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau. Je suis devenu professeur au département de mathématique et de statistique de l'Université Laval en 2013.
Professeur étoile, 2016. Décerné par la faculté des sciences et de génie pour la qualité de l'enseignement.
Professeur étoile, 2015. Décerné par la faculté des sciences et de génie pour la qualité de l'enseignement.
Subvention individuelle du CRSNG, 35K$/année pour 5 ans. 2014-2019.
Subvention pour nouveau chercheur du FQRNT, 20K$/année pour 2 ans. 2013-2015.
Subvention d'équipe du FQRNT, cochercheur. Portion du chercheur 15K$/année pour 3 ans 2014-2017.
Subvention ENGAGE du CRSNG. 25K$ pour 6 mois. 2016
2601 Chemin de la Canardière
Québec (Québec)
G1J 2G3
Canada
