Un nouveau neurone pourrait aider à garder les cellules du cerveau en synchronisation


Une controverse de longue date dans les neurosciences se concentre sur une question simple: comment les neurones du cerveau partagent-ils des informations? Bien sûr, il est bien connu que les neurones sont reliés par des synapses et que, lorsque l’un d’eux se déclenche, il envoie un signal électrique aux autres neurones qui y sont connectés. Mais ce modèle simple laisse de nombreuses questions sans réponse – par exemple, où est-ce que dans le déclenchement des neurones, l’information est stockée? La résolution de ces questions pourrait nous aider à comprendre la nature physique d’une pensée.

Deux théories tentent d'expliquer comment les neurones codent l'information: le modèle de code de taux et le modèle de code temporel. Dans le modèle de code de taux, la vitesse à laquelle les neurones déclenchent est l'élément clé. Comptez le nombre de pointes dans un intervalle de temps donné et ce nombre vous donne les informations. Dans le modèle de code temporel, le moment relatif entre les déclenchements est plus important: les informations sont stockées dans le modèle spécifique d'intervalles entre les pointes, vaguement comme le code Morse. Mais le modèle de code temporel est confronté à une question difficile: si un intervalle est "plus long" ou "plus court," il doit être plus long ou plus court par rapport à quelque chose. Pour que le modèle de code temporel fonctionne, le cerveau doit disposer d'une sorte de métronome, un battement régulier permettant aux espaces entre les déclenchements de garder leur sens.

Chaque ordinateur a une horloge interne pour synchroniser ses activités sur différentes puces. Si le modèle de code temporel est correct, le cerveau devrait avoir quelque chose de similaire. Certains neuroscientifiques estiment que l'horloge est dans le rythme gamma, une oscillation semi-régionale des ondes cérébrales. Mais cela ne reste pas cohérent. Elle peut accélérer ou ralentir en fonction de l'expérience d'une personne, telle qu'une lumière vive. Une horloge aussi instable ne semblait pas résumer en détail la façon dont les neurones synchronisent leurs signaux, ce qui a provoqué de vifs désaccords sur le terrain quant à savoir si le rythme gamma voulait dire quelque chose.

C’est pourquoi Christopher Moore et Hyeyoung Shin, chercheurs à la Brown University qui étudient les rythmes gamma, ont été surpris quand ils ont découvert un type de neurone qui, non seulement tirait à une vitesse relativement constante, maintenait ce taux indépendamment du stimulus.

"Cela, tout de suite, suggère qu'il se passe quelque chose d'intéressant que nous n'avions jamais vu auparavant", déclare Moore. "Quelque chose de gros se cache là-dedans." Les résultats de Moore et Shin ont été publiés en juillet dans la revue Neurone.

Le groupe de Moore avait déjà montré que la conduite artificielle de rythmes gamma naturels chez la souris aidait les rongeurs à détecter les touches les plus faibles de leurs moustaches; leur capacité à détecter ces effleurements est interprétée comme un indicateur de leur degré d'attention. Dans cette étude récente, Shin touchait de nouveau très faiblement les souris sur les moustaches, mais cette fois, elle examinait de plus près le rôle des neurones inhibiteurs dans le processus. Les neurones inhibiteurs régulent l'activité des neurones qui les entourent, en s'assurant que le cerveau ne subit aucune surchauffe électrique. Ils contribuent également aux rythmes gamma dans le cerveau.

Elle a découvert trois types de neurones inhibiteurs: un type dont le tir augmentait au toucher d'un moustache, un type qui semblait se déclencher de manière aléatoire et un type qui augmentait avec une régularité surprenante à une fréquence de rythme gamma.

Pour Vikaas Sohal, neuroscientifique à l'UC San Francisco, qui n'était pas impliquée dans les travaux, la découverte de ces cellules pourrait aider le domaine à sortir des conflits liés aux rythmes gamma.

"Je pense que c'est vraiment excitant", déclare Sohal. Les neuroscientifiques ont considéré l'objectif des rythmes gamma d'une manière très générale, mais la découverte de ces neurones suggère qu'ils pourraient avoir des fonctions plus spécifiques. "Cela élargit vraiment la façon dont nous pensons aux oscillations gamma, et c'est important car les oscillations gamma ont été un sujet très controversé."

Pour certains chercheurs de l’autre côté du débat, le fait que ces cellules aient été découvertes chez la souris est un motif de pause.

"Il me semble que l’importance du résultat est difficile à connaître", déclare Tony Movshon, neuroscientifique à la New York University, qui a critiqué le modèle de code temporel dans le passé. "Si ces cellules étaient très répandues, elles auraient certainement déjà été découvertes." Cela suggère, dit-il, que ces cellules sont uniques aux souris. Sohal, cependant, n'est pas d'accord.

"Tant de choses à propos de la découverte des cellules et de leurs réponses sont fortuites en neurosciences", dit-il. "Il est fort possible qu'ils existent, et nous n'avons tout simplement pas trouvé le bon moyen de les identifier."

Il y a d'autres énigmes à résoudre aussi. En règle générale, le rythme gamma du cerveau est détecté en faisant la somme de l'activité électrique sur l'ensemble du cerveau, appelée potentiel de champ local. Mais le rythme dans ces cellules nouvellement découvertes ne correspondait pas au rythme gamma global du potentiel de champ local. Supratim Ray, chercheur à l'Indian Institute of Science, pense que cet aspect de la découverte nécessite des recherches supplémentaires.

S'il s'agit vraiment de cellules en forme d'horloge, indique-t-il, les signes de leur chronométrage devraient apparaître dans le rythme du potentiel de champ local. "Et ils ne le voient pas", dit Ray. "C'est presque comme une horloge silencieuse." Pour Moore, cela peut être un signe que les rythmes gamma sont plus significatifs à l'échelle locale que comme un signal global.

"Cela peut sembler logique que les rythmes gamma soient importants dans le cerveau", déclare Moore. Mais au lieu de mesurer le signal global de ce rythme dans l’ensemble du cerveau, les neuroscientifiques pourraient être amenés à examiner plusieurs signaux, chacun représentant une partie plus petite du cerveau. "Vous devez descendre au niveau des groupes locaux de neurones pour vraiment voir ce qu'ils font."

En plus d’étudier le manque de connexion entre le rythme de ces cellules et celui du cerveau dans son ensemble, Moore et Shin veulent également rechercher ces cellules dans d’autres régions du cerveau et voir si le fait de les conduire peut permettre aux souris de mieux détecter les marques de moustaches. . Plus important encore, ils veulent trouver ces cellules dans le cerveau humain, pour peut-être résoudre le mystère de la façon dont les neurones se transmettent des informations entre eux avec rien de plus que de petites éclairs d'électricité.


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