Les scientifiques de Salk découvrent la fonction et les connexions de trois types de cellules dans le cerveau

Les scientifiques de Salk découvrent la fonction et les connexions de trois types de cellules dans le cerveau

L'utilisation d'outils génétiques pour interroger les types de cellules met en lumière la façon dont le cerveau traite les informations visuelles

LA JOLLA—Le fonctionnement du cerveau est encore une boîte noire : les scientifiques ne savent même pas combien de types de cellules nerveuses existent dans le cerveau. Pour savoir comment fonctionne le cerveau, ils doivent savoir non seulement quels types de cellules nerveuses existent, mais aussi comment elles fonctionnent ensemble. Les chercheurs de l'Institut Salk ont ​​fait un pas de plus pour déverrouiller cette boîte noire.

À l'aide de techniques de visualisation et de génétique de pointe, l'équipe a découvert un nouveau sous-type de cellule nerveuse, ou neurone, dans le cortex visuel. Le groupe a également détaillé comment la nouvelle cellule et deux neurones similaires traitent les images et se connectent à d'autres parties du cerveau. Apprendre comment le cerveau analyse les informations visuelles à un niveau aussi détaillé pourrait un jour aider les médecins à comprendre des éléments de troubles comme la schizophrénie et l'autisme.

"La compréhension de ces types de cellules apporte une autre pièce au puzzle en découvrant les circuits neuronaux dans le cerveau, des circuits qui auront finalement des implications pour les troubles neurologiques", déclare Edouard Callaway, professeur Salk et auteur principal de l'article publié le 6 décembre dans la revue Neuron.

Déverrouiller le fonctionnement détaillé du cerveau a été un défi lent. Historiquement, les scientifiques ont utilisé des colorants pour montrer que divers neurones ont des formes distinctes et sont probablement des types de cellules différents. Pourtant, le nombre réel de types de neurones dans le cerveau reste un mystère. Callaway compare la tâche consistant à démêler la connectivité et la fonction neuronales à la surveillance du renseignement. Il y a vingt ans, la technologie permettant de suivre les connexions entre les différents neurones du cerveau était à peu près aussi sophistiquée que de filmer un groupe de personnes dans un coin de la ville parlant sur des téléphones portables : chaque personne parle à une autre, mais la personne à l'autre bout de la conversation peut être un pâté de maisons, ou à travers le pays. Le contenu des conversations serait impossible à déduire.

"Semblable à ces conversations téléphoniques cellulaires, chaque type de neurone n'est connecté qu'à certains autres types de neurones, mais il peut s'agir d'une cellule n'importe où ailleurs dans le cerveau", explique Callaway. De nouveaux modèles de souris et d'autres technologies développées au cours des cinq dernières années offrent des outils de cartographie aussi puissants que la surveillance par écoute téléphonique, permettant aux scientifiques de suivre "quels sont les types de neurones, quels types de cellules se parlent et de quoi parlent-ils, " il a dit.

Dans leur nouvel article, Callaway et ses collègues ont répondu à ces questions en manipulant sélectivement génétiquement des types de cellules spécifiques dans des modèles animaux pour visualiser la taille, la forme et l'activité électrique propres à chaque type de neurones.

Les trois types de neurones étudiés par l'équipe font partie d'une classification plus large de neurones appelés neurones pyramidaux excitateurs (du nom de leur forme) et jouent un rôle important dans le cortex du cerveau. Bien que toutes les expériences aient été réalisées dans le cortex visuel de souris, les mêmes types de cellules neuronales existent probablement et jouent des rôles similaires dans le cerveau de nombreux animaux, y compris les humains.

« Auparavant, les gens ne disposaient pas de très bons outils pour étiqueter ou examiner des types de cellules pyramidales spécifiques dans le cerveau de souris éveillées. Mais en utilisant cette technologie visuelle de pointe, nous avons pu voir l'activité cellulaire et comment chaque type de cellule peut traiter différents types d'informations à des fins différentes », a déclaré Euiseok Kim, premier auteur de l'étude. Neuron papier et un associé de recherche Salk.

Les scientifiques de Salk ont ​​utilisé des techniques d'imagerie spéciales pour montrer comment et quand les trois types de cellules ont été activés en réponse à différentes images montrées à une souris vivante. Pour retracer le circuit neuronal de la nouvelle cellule, l'équipe a utilisé une méthode modifiée du virus de la rage inventée par le laboratoire de Callaway pour cartographier les connexions entre les trois types de neurones et les cellules du reste du cerveau.

La combinaison des deux tests d'imagerie a brossé un tableau des fonctions des différents neurones.

Deux types de neurones sensibles aux informations spatiales finement détaillées dans les tests visuels ont également été cartographiés sur des parties du cerveau responsables de l'analyse de divers éléments d'information. De même, il a été démontré que les neurones qui réagissaient à la direction et à la vitesse dans les tests visuels se connectaient différemment aux parties du cerveau dans l'expérience de cartographie de la rage.

"Ce n'est pas un accident qu'un type de cellule particulier réponde à des stimuli rapides, car ces neurones se connectent à une partie du cerveau responsable du contrôle des mouvements oculaires", explique Callaway, qui détient également la chaire Audrey Geisel de l'Institut. "Les sorties sont adaptées à la fonction du circuit."

Callaway s'attend à ce que les futures expériences déterminent probablement encore plus de fonctions de ces neurones.

"Maintenant que nous avons cette compréhension de ces neurones, cela conduit à de nouvelles hypothèses et à de nouvelles idées sur ce que font les neurones", déclare Callaway. "Nous pouvons mettre en place de nouvelles expériences avec ces types de cellules et voir comment cela modifie le comportement des souris."

Apprendre comment les types de cellules sont connectés et fonctionnent dans différentes circonstances peut finalement aider à expliquer ce qui ne va pas dans diverses conditions telles que l'autisme et la schizophrénie.

"La partie du cerveau que nous avons étudiée était le cortex visuel, mais les types de cellules que nous examinons se retrouvent également dans toutes les autres parties du cortex cérébral, telles que les zones impliquées dans les fonctions motrices ou cognitives", ajoute Callaway.

Les autres auteurs incluent Ashley Juavinett, Espoir Kyubwa et Matthew Jacobs du Salk Institute.

Ce travail a été financé par le NIH, un Fondation de bienfaisance Gatsby, un National Science Foundation, la Fondation Martinet, la Bourse Gilliam de l'Institut médical Howard Hughes et de la Programme de formation des scientifiques médicaux de l'Université de Californie à San Diego.