Le calcium révèle les connexions entre neurones – MIT

Le calcium révèle les connexions entre neurones – MIT

Le calcium révèle les connexions entre neurones – MIT 999 999 Sébastien BAGES

Une équipe, dirigée par des neuroscientifiques du MIT, a mis au point un moyen de surveiller la façon dont les cellules du cerveau se coordonnent les unes avec les autres, pour contrôler les comportements spécifiques, tels que le lancement d’un mouvement ou la détection d’une odeur.


La nouvelle technique d’imagerie des chercheurs, basée sur la détection d’ions de calcium dans les neurones, pourrait les aider à cartographier les circuits du cerveau qui effectuent ces fonctions. « Elle pourrait également apporter de nouvelles informations sur les origines de l’autisme, le trouble obsessionnel-compulsif et d’autres maladies psychiatriques », a dit Guoping Feng, auteur principal d’un article paru dans le numéro du 18 octobre de la revue Neuron.

« Pour comprendre les troubles psychiatriques, nous avons besoin d’étudier des modèles animaux, et savoir ce qui se passe dans le cerveau lorsque l’animal se comporte anormalement », a expliqué Feng, professeur de neurosciences à W. James and Patricia Poitras, et membre de l’Institut McGovern pour le département Brain Research du MIT. « Il s’agit d’un outil très puissant qui va vraiment nous aider à comprendre les modèles animaux de ces maladies, et étudier comment le cerveau fonctionne normalement et dans un état ​​de maladie ».

L’auteur principal du papier Neuron est le postdoctorant de l’Institut McGovern Qian Chen.

Pour effectuer toute sorte de fonction, le cerveau a besoin de beaucoup de neurones dans différentes parties, communiquant les unes avec les autres. Elles y parviennent en envoyant des signaux électriques, provoquant un afflux d’ions de calcium dans les cellules actives. En utilisant des colorants qui se fixent au calcium, les chercheurs ont imagé l’activité neuronale des neurones.

Toutefois, le cerveau contient des milliers de types de cellules, chacune avec des fonctions distinctes, et le colorant est repris par toutes les cellules de façon non sélective, ce qui rend impossible de déterminer avec le calcium des types cellulaires spécifiques avec cette approche.

 

Démonstration vidéo


Pour surmonter ce problème, l’équipe dirigée par le MIT a créé un système d’imagerie calcium qui peut être ciblé sur des types cellulaires spécifiques, en utilisant un type de protéine fluorescente verte (GFP).

Junichi Nakai de l’Université de Saitama au Japon a d’abord développé une GFP qui est activée quand elle se lie au calcium, et l’un des auteurs du papier Neuron, Loren Looger, de l’Institut Médical Howard Hughes, a modifié la protéine de sorte que son signal soit suffisamment puissant pour l’utiliser sur des animaux vivants.

Les chercheurs du MIT ont pris des souris génétiquement modifiées pour exprimer cette protéine dans un type de neurone appelé cellules pyramidales, en associant le gène avec une séquence d’ADN régulatrice qui n’est active que dans ces cellules. Par l’utilisation de la microscopie à deux photons pour l’imagerie cellulaire à haute vitesse et haute résolution, les chercheurs ont pu identifier les cellules pyramidales qui sont actives quand le cerveau exécute une tâche spécifique ou répond à un certain stimulus.

Dans cette étude, l’équipe a été en mesure d’identifier des cellules du cortex somato-sensoriel qui sont activées lorsque des moustaches de souris sont touchées, et les cellules olfactives qui répondent à certains arômes.

« Ce système pourrait être utilisé pour étudier l’activité cérébrale pour de nombreux types de comportements, y compris des phénomènes à long terme tels que l’apprentissage », a souligné Matt Wachowiak, professeur agrégé de physiologie à l’Université de l’Utah. « Ces lignées de souris devraient être vraiment utiles à de nombreux groupes de recherche différents qui veulent mesurer l’activité dans les différentes parties du cerveau », a expliqué Wachowiak, qui n’était pas impliqué dans cette recherche.

Les chercheurs mettent actuellement au point des souris qui expriment les protéines sensibles au calcium et présentent également des symptômes de comportement autistique et des troubles obsessionnels compulsifs. En utilisant ces souris, les chercheurs envisagent de trouver des modèles pour mettre en avant des neurones qui diffèrent de celles des souris normales. Cela pourrait aider à identifier exactement ce qui va mal au niveau cellulaire, donnant ainsi un aperçu mécanistique [Qu’est-ce que la mécanistique / Vidéo] de ces maladies.

« Actuellement, nous savons seulement qu’il y a des défauts de communication de neurone à neurone jouant un rôle clé dans les troubles psychiatriques. Nous ne connaissons pas la nature exacte des défauts et des types de cellules spécifiques impliquées », a dit Feng. « Si nous savions quels types de cellules sont anormales, nous pourrions trouver des moyens de corriger les modèles anormaux mis en lumière ».

Les chercheurs ont également l’intention de combiner leur technologie d’imagerie avec l’optogénétique, ce qui leur permettrait d’utiliser la lumière pour transformer des classes spécifiques de neurones ou les désactiver. En activant des cellules spécifiques et en observant ensuite la réponse des cellules-cibles, ils seront en mesure de cartographier précisément les circuits du cerveau.


Citations du MIT
Crédit image À-la-Une : Des neuroscientifiques du MIT ont utilisé l’imagerie calcique pour marquer ces cellules pyramidales dans le cerveau. – © Qian Chen

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Sébastien BAGES
About the author

Sébastien BAGES

Plus de trois années de travail passionné sur Civilisation 2.0 Actus, et fondateur de l'association Civilisation 2.0, je mets à contribution mon expertise de veille technique et scientifique, mon analyse de chef de projet, mon engouement pour la science et ses outils, et mon expérience dans le développement stratégique afin d'offrir à tous ce qui en résulte.

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