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Centre de recherche CERVO

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Nicolas Doyon

Ph.D.

Professeur titulaire, Département de mathématiques et statistique, Faculté de Sciences et génie
Université Laval

Axe de recherche:

Neurosciences cellulaires et moléculaires

Mots-clés
Neuroscience computationnelle, modélisation mathématique, Équations de Poisson Nernst Planck, Homéostasie des ions chlorure

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.

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

Publications

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Seyedadel Moravveji; Halima Sadia; Nicolas Doyon; Simon Duchesne

Sensitivity analysis of a mathematical model of Alzheimer’s disease progression unveils important causal pathways Article de journal

Dans: Front Neuroinform, vol. 19, p. 1590968, 2025, ISSN: 1662-5196.

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Vincent Ouellet; Nicolas Doyon; Antoine G Godin; Pierre Marquet

Mathematical properties of pump-leak-cotransport models Article de journal

Dans: J Math Biol, vol. 90, no 1, p. 2, 2024, ISSN: 1432-1416.

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Vincent Painchaud; Patrick Desrosiers; Nicolas Doyon

The Determining Role of Covariances in Large Networks of Stochastic Neurons Article de journal

Dans: Neural Comput, vol. 36, no 6, p. 1121–1162, 2024, ISSN: 1530-888X.

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Éléonore Chamberland; Seyedadel Moravveji; Nicolas Doyon; Simon Duchesne

A computational model of Alzheimer’s disease at the nano, micro, and macroscales Article de journal

Dans: Front Neuroinform, vol. 18, p. 1348113, 2024, ISSN: 1662-5196.

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Seyedadel Moravveji; Nicolas Doyon; Javad Mashreghi; Simon Duchesne

A scoping review of mathematical models covering Alzheimer’s disease progression Article de journal

Dans: Front Neuroinform, vol. 18, p. 1281656, 2024, ISSN: 1662-5196.

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Rémi Lamontagne-Caron; Patrick Desrosiers; Olivier Potvin; Nicolas Doyon; Simon Duchesne

Author Correction: Predicting cognitive decline in a low-dimensional representation of brain morphology Divers

2023, ISSN: 2045-2322.

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Rémi Lamontagne-Caron; Patrick Desrosiers; Olivier Potvin; Nicolas Doyon; Simon Duchesne

Predicting cognitive decline in a low-dimensional representation of brain morphology Article de journal

Dans: Sci Rep, vol. 13, no 1, p. 16793, 2023, ISSN: 2045-2322.

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Frank Boahen; Nicolas Doyon; Jean Deteix

Sensitivity of the electrical response of a node of Ranvier model to alterations of the myelin sheath geometry Article de journal

Dans: J Math Biol, vol. 86, no 1, p. 17, 2022, ISSN: 1432-1416.

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Vincent Painchaud; Nicolas Doyon; Patrick Desrosiers

Beyond Wilson-Cowan dynamics: oscillations and chaos without inhibition Article de journal

Dans: Biol Cybern, vol. 116, no 5-6, p. 527–543, 2022, ISSN: 1432-0770.

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Xiaoting Li; Gabriel Hémond; Antoine G Godin; Nicolas Doyon

Computational modeling of trans-synaptic nanocolumns, a modulator of synaptic transmission Article de journal

Dans: Front Comput Neurosci, vol. 16, p. 969119, 2022, ISSN: 1662-5188.

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