Découverte d’un mécanisme responsable du transfert d’informations entre différentes régions du cerveau

Résumé: L’augmentation de la synchronisation des neurones dans la région cérébrale en amont qui transmet l’information conduit à une amélioration significative de la transmission de l’information et du traitement de l’information dans la région en aval.

La source: Université Bar-Ilan

Au début du XXe siècle, les scientifiques ont commencé à enregistrer l’activité cérébrale à l’aide d’électrodes fixées au cuir chevelu. A leur grande surprise, ils ont constaté que l’activité cérébrale se caractérisait par des signaux ascendants et descendants lents et rapides qui furent par la suite appelés « ondes cérébrales ».

Depuis lors, les ondes cérébrales ont fait l’objet d’études intensives dans le cadre de leur implication dans le traitement et la transmission d’informations entre différentes régions du cerveau. Dans le cerveau sain, un changement d’intensité des ondes a été observé dans le contexte d’un large éventail d’activités cognitives telles que la mémoire et l’apprentissage.

De plus, de nombreuses études ont montré que les changements d’intensité et de fréquence des ondes indiquent l’épilepsie, l’autisme ou des maladies neurodégénératives telles que la maladie de Parkinson et la maladie d’Alzheimer. La maladie d’Alzheimer, par exemple, se caractérise par une forte diminution de l’intensité des ondes à une certaine fréquence, tandis que l’épilepsie se caractérise par une augmentation très nette et anormale de l’intensité des ondes à une fréquence différente.

On sait actuellement que les ondes cérébrales expriment l’activité synchronisée de dizaines de milliers de cellules nerveuses (neurones), de sorte qu’une augmentation normale de l’intensité des ondes exprime l’activité synchronisée de différents groupes de neurones dans le but de transmettre des informations. Mais pourquoi et comment ces ondes contribuent-elles à la bonne transmission des informations dans le cerveau ?

Une nouvelle étude menée par le doctorant Tal Dalal dans le laboratoire du professeur Rafi Haddad, du Centre de recherche multidisciplinaire sur le cerveau Gonda (Goldschmied) de l’Université Bar-Ilan en Israël, se concentre sur cette question clé.

Dans l’étude publiée dans Rapports de cellule, les chercheurs ont modifié le niveau de synchronisation dans la zone du cerveau qui transmet les informations. Ils ont ensuite examiné comment cela affectait le transfert d’informations et comment la zone du cerveau qui recevait l’information la comprenait.

La recherche s’est concentrée sur les régions du cerveau qui font partie du système olfactif, ou sens de l’odorat, qui se caractérise par une forte intensité des ondes cérébrales. Un type particulier de neurone dans cette région est responsable de la création d’une activité synchronisée des ondes cérébrales.

Pour augmenter ou diminuer la synchronisation, les chercheurs ont utilisé l’optogénétique, une méthode qui permet d’activer et de désactiver l’activité neuronale, tout comme un interrupteur, en projetant des éclairs lumineux sur le cerveau.

De cette manière, l’activité des neurones de synchronisation peut être activée ou désactivée pour examiner comment la modification de l’activité synchronisée de nombreux neurones dans une région affecte la transmission d’informations à la région suivante, qui lit les informations.

La zone primaire ou “en amont”, manipulée par une synchronisation croissante ou décroissante, est l’endroit où le traitement initial dans le système olfactif a lieu. De là, les informations synchronisées ou non, selon la manipulation, sont transférées vers la zone secondaire ou “aval” du système olfactif responsable du traitement de niveau supérieur.

Les chercheurs ont découvert que l’augmentation de la synchronisation des neurones dans la région cérébrale en amont qui transmet l’information entraînait une amélioration significative de la transmission et du traitement de l’information dans la région en aval. Inversement, lorsque la synchronisation était réduite, la représentation de l’information dans la région aval était altérée.

Une découverte inattendue s’est également produite.

«Nous avons été surpris de constater que l’activation des neurones induisant la synchronisation provoquait également une diminution du niveau d’activité global dans la région en amont, nous nous serions donc attendus à ce que moins d’informations soient transférées vers la région en aval. Mais le fait même que la sortie de la région en amont soit synchronisée a compensé l’activité globale réduite et a même amélioré le transfert d’informations », explique Dalal.

Les chercheurs en ont conclu l’importance de l’activité cérébrale synchronisée pour le transfert et le traitement de l’information. Lorsque des milliers de neurones sont synchronisés, la transmission des informations dans le cerveau se fait de manière plus puissante et fiable, par rapport à une situation où l’activité est asynchrone et chaque neurone fonctionne indépendamment quel que soit le groupe.

Cela montre des neurones activés par l'optogénétique
Une figure montrant les neurones induisant la synchronisation (cellules granulaires) marqués en rouge, tandis que le reste des neurones est marqué en bleu. Seuls les neurones rouges peuvent être activés via des flashs lumineux (méthode optogénétique). Cette méthode a permis une activation optogénétique spécifique de ces neurones. 1 crédit

Dalal dit que cela peut être comparé à une manifestation de dizaines de milliers de personnes sur une place publique par rapport à des manifestants dispersés dans différents endroits. La puissance d’une activité partagée et synchronisée est immense par rapport à une activité indépendante et non synchronisée.

Cette découverte peut expliquer pourquoi une diminution de l’activité synchronisée, qui exprime une diminution de l’intensité des ondes cérébrales, peut entraîner des troubles cognitifs dans les maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer.

“À ce jour, des études ont montré une corrélation entre une diminution de la synchronicité et une maladie neurodégénérative, mais n’ont pas montré pourquoi et comment cela se produit”, explique Dalal.

“Dans notre étude, nous avons montré comment la synchronisation contribue à la transmission et au traitement de l’information dans le cerveau, et c’est peut-être la raison pour laquelle nous voyons éventuellement des troubles cognitifs chez les patients.”

Voir également

Cela montre une femme qui sent une fleur

L’étude de Dalal et du professeur Haddad offre de nouvelles options pour le traitement des maladies neurodégénératives. Il est possible que l’activité cérébrale anormale soit corrigée à l’avenir par une stimulation spécifique de certains neurones, tels que les flashs de lumière utilisés pour la manipulation dans cette étude, pour rétablir la synchronisation au niveau requis pour une activité cérébrale normale.

À propos de cette actualité de la recherche en traitement de l’information

Auteur: Elana Berlander
La source: Université Bar-Ilan
Contacter: Elana Oberlander – Université Bar-Ilan
Image: L’image est créditée à Tal Dalal

Recherche originale : Libre accès.
La synchronisation en amont améliore le traitement des odeurs dans les neurones en aval» par Tal Dalal et al. Rapports de cellule


Abstrait

La synchronisation en amont améliore le traitement des odeurs dans les neurones en aval

points forts

  • La modulation des activités GC dissocie la synchronisation γ évoquée par les odeurs des MTC des taux de tir
  • L’augmentation de la synchronisation γ MTC améliore les réponses olfactives du PC malgré une réduction des pics MTC
  • La diminution de la synchronisation γ dégrade les réponses olfactives du PC
  • Les interactions GC-MTC sont suffisantes et nécessaires pour améliorer les réponses olfactives du PC

Résumé

L’activité γ-oscillatoire est omniprésente dans les zones cérébrales. De nombreuses études ont suggéré que la synchronie γ est susceptible d’améliorer la transmission des informations sensorielles. Cependant, les preuves causales directes font encore défaut.

Ici, nous testons cette hypothèse dans le système olfactif de la souris, où les cellules granulaires GABAergiques locales (GC) dans le bulbe olfactif forment la sortie excitatrice des cellules mitrales/tuftées (MTC) du bulbe olfactif. En modulant optogénétiquement l’activité GC, nous avons réussi à dissocier la synchronisation MTC γ de ses taux de déclenchement.

L’enregistrement des réponses olfactives dans les neurones du cortex piriforme en aval montre que l’augmentation de la synchronisation γ du MTC améliore les taux de déclenchement évoqués par les odeurs des neurones corticaux, réduit la variabilité de la réponse et améliore la représentation de l’ensemble des odeurs.

Ces gains se produisent malgré une réduction des taux de tir MTC. De plus, la réduction de la synchronisation γ du MTC sans modifier les taux de déclenchement du MTC, en supprimant l’activité du GC, dégrade les réponses évoquées par les odeurs du cortex piriforme.

Ces résultats fournissent une preuve causale qu’une synchronisation γ accrue améliore la transmission d’informations sensorielles entre deux régions du cerveau.

Leave a Reply

Your email address will not be published.