Les scientifiques de Salk découvrent une exigence jusque-là inconnue pour le développement du cerveau

Les scientifiques de Salk découvrent une exigence jusque-là inconnue pour le développement du cerveau

Le cerveau a besoin d'un apport thalamique ainsi que de la génétique pour établir correctement les zones essentielles à la vision et aux autres sens

LA JOLLA—Les scientifiques du Salk Institute for Biological Studies ont démontré que les régions sensorielles du cerveau se développent d'une manière fondamentalement différente de ce que l'on pensait auparavant, une découverte qui pourrait apporter de nouvelles informations sur les troubles visuels et neuraux.

Dans un article publié le 7 juin 2013 dans Science, chercheur Salk Dennis O'Leary et ses collègues ont montré que les gènes seuls ne déterminent pas comment le cortex cérébral se développe en zones fonctionnelles distinctes. Au lieu de cela, ils montrent que l'entrée du thalamus, la principale station de commutation dans le cerveau pour les informations sensorielles, est cruciale.

O'Leary a réalisé des études pionnières sur « l'aréalisation », la manière dont le néo-cortex, la région majeure du cortex cérébral, développe des zones spécifiques dédiées à des fonctions particulières. Dans un article historique publié dans Science en 2000, il a montré que deux gènes régulateurs étaient responsables de manière critique du schéma général du néo-cortex, et a depuis montré des rôles distincts pour d'autres gènes dans ce processus. Dans cette nouvelle série d'expériences sur la souris, son laboratoire s'est concentré sur le système visuel et a découvert une nouvelle tournure inattendue à l'histoire.

"Pour fonctionner correctement, il est essentiel que les zones corticales soient correctement cartographiées, et c'est cette architecture que l'on pensait génétiquement préprogrammée", explique O'Leary, titulaire de la chaire Vincent J. Coates en neurobiologie moléculaire. à Salk. "A notre grande surprise, nous avons découvert que l'apport thalamique joue un rôle essentiel bien plus tôt dans le développement du cerveau."

Collaborative est relayé du monde extérieur vers les zones de traitement du cerveau. Le relais démarre lorsque la lumière frappe la rétine, une fine bande de cellules à l'arrière de l'œil qui détecte les niveaux de couleur et de lumière et code les informations sous forme de signaux électriques et chimiques. À travers les cellules ganglionnaires rétiniennes, ces signaux sont ensuite envoyés dans le noyau géniculé latéral (LGN), une structure du thalamus.

Dans la prochaine étape importante du relais, le LGN achemine les signaux dans la zone visuelle primaire (V1) du néo-cortex, une structure multicouche divisée en zones fonctionnellement et anatomiquement distinctes. V1 commence le processus d'extraction de l'information visuelle, qui est en outre effectuée par des zones visuelles "d'ordre supérieur" dans le néo-cortex qui sont d'une importance vitale pour la perception visuelle. Comme les pièces d'une machine, les fonctions de ces zones sont à la fois individuelles et intégrées. Des dommages dans une zone minuscule peuvent entraîner d'étranges troubles visuels dans lesquels une personne peut être en mesure de voir une balle en mouvement, mais ne pas percevoir qu'elle est en mouvement.

Le dogme actuel soutient que cette architecture de base est entièrement déterminée génétiquement, les apports environnementaux ne jouant un rôle que plus tard dans le développement. L'un des exemples les plus célèbres de cette idée est le travail lauréat du prix Nobel des neuroscientifiques visuels David Hubel et Torsten Wiesel, qui a montré qu'il existe une «période critique» de sensibilité dans la vision. Leur découverte a été généralement interprétée comme un avertissement que sans exposition à des stimuli visuels de base au début de la vie, même un individu avec un cerveau en bonne santé ne pourra pas voir correctement.

Des découvertes ultérieures sur la plasticité neuronale ont suggéré de manière plus optimiste que la privation précoce peut être surmontée et que le cerveau peut même faire germer de nouveaux neurones dans des zones spécifiques. Néanmoins, cela renforçait encore l'idée que les influences environnementales pouvaient modifier l'architecture neuronale, mais seule la génétique pouvait établir comment les zones corticales seraient disposées.

Dans leur nouvelle étude, cependant, O'Leary et les co-premières auteures de l'article, Shen-Ju Chou et Zoila Babot, chercheuses postdoctorales dans le laboratoire d'O'Leary, montrent que la génétique ne fournit qu'un large champ dans le néo-cortex pour zones visuelles.

Lorsqu'ils ont créé des mutants de souris qui ont déconnecté le lien entre le thalamus et le cortex, mais seulement après la fin du développement cortical précoce, ils ont découvert que les aires visuelles primaires et d'ordre supérieur ne se différenciaient pas comme elles le devraient.

"Notre nouvelle compréhension est que les gènes ne créent qu'une disposition approximative des zones corticales", explique O'Leary. "Il doit y avoir un apport thalamique pour développer la différenciation fine nécessaire au bon traitement sensoriel."

Essentiellement, si le cerveau était une maison, les gènes détermineraient quelles zones étaient des chambres à coucher. L'entrée thalamique fournit les détails, distinguant ce qui sera la chambre principale, une chambre d'enfant, une chambre d'amis, etc. "La taille et l'emplacement des zones dans le cortex global ne changent pas, mais sans l'apport thalamique du LGN, le processus de différenciation critique qui crée des zones visuelles d'ordre primaire et supérieur ne se produit pas", explique O'Leary.

Étant donné que la plupart des modalités sensorielles - la vue, l'ouïe, le toucher - traversent le thalamus jusqu'au cortex, cette expérience peut suggérer pourquoi, lorsqu'une personne n'a pas de modalité sensorielle dès la naissance, cette personne a plus de mal à traiter les entrées sensorielles restaurées que quelqu'un qui a perdu le sens plus tard. dans la vie. Mais en plus, comme le dit O'Leary, "des changements plus subtils dans l'entrée thalamique chez l'homme entraîneraient également probablement des changements dans le néo-cortex qui pourraient bien avoir un impact substantiel sur la capacité à traiter la vision, ou d'autres sens, et à diriger à un comportement anormal.

O'Leary dit que son laboratoire prévoit de continuer à explorer les liens entre la façon dont les zones corticales du cerveau sont établies et divers troubles du développement, tels que autisme.

Les autres chercheurs de l'étude étaient Axel Leingärtner et Yasushi Nakagawa du Salk Institute, et Michele Studer, du Institut de Biologie Valrose, INSERM en France.

Ce travail a été soutenu par le National Institutes of Health, un Agence Nationale de la Recherche 2009 Programme des Chaires d'Excellence, un Ministère espagnol de l'éducation et des sciences et de la Generalitat de Catalunya.

À propos du Salk Institute for Biological Studies:
L'Institut Salk d'études biologiques est l'une des principales institutions de recherche fondamentale au monde, où des professeurs de renommée internationale étudient les questions fondamentales des sciences de la vie dans un environnement unique, collaboratif et créatif. Axés à la fois sur la découverte et sur le mentorat des futures générations de chercheurs, les scientifiques de Salk apportent des contributions révolutionnaires à notre compréhension du cancer, du vieillissement, de la maladie d'Alzheimer, du diabète et des maladies infectieuses en étudiant les neurosciences, la génétique, la biologie cellulaire et végétale et les disciplines connexes.

Les réalisations du corps professoral ont été récompensées par de nombreuses distinctions, notamment des prix Nobel et des adhésions à l'Académie nationale des sciences. Fondé en 1960 par Jonas Salk, MD, pionnier du vaccin contre la poliomyélite, l'Institut est une organisation indépendante à but non lucratif et un monument architectural.