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Posté par Isabelle le Lundi 25/07/2011 à 12:00
Pas de place pour l'imprécision dans le cerveau
Le professeur Ed Ruthazer cartographe du paysage qu'est le cerveau en développement - en particulier des circuits neuronaux, ce réseau de connexions entre les cellules nerveuses. Ses travaux de recherche à l'Institut et hôpital neurologiques de Montréal, le Neuro, de l'Université McGill, révèlent que le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la motricité volontaire, et constitue le siège...) est un paysage (Étymologiquement, le paysage est l'agencement des traits, des caractères, des formes d'un espace limité, d'un « pays ». Portion de l'espace terrestre...) dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) où les connexions entre les nerfs sont malléables, qu'elles varient et s'adaptent en fonction des demandes de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine....). Le Pr Ruthazer est le lauréat du premier Prix du jeune chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et...) de l'Association canadienne des neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux que pathologiques, des neurones et du...), qui souligne des réalisations remarquables en recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...). Au moyen de techniques d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit...) à intervalles (time-lapse), son laboratoire cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données sur un support réduit représentant...) les changements qui s'opèrent dans le câblage du cerveau durant le développement, et ce, afin de faire progresser le traitement de lésions au système nerveux central et de troubles du développement comme l'autisme (Le terme autisme tend a désigner aujourd'hui un trouble affectant la personne dans trois domaines principaux:) et la schizophrénie. On considère en général que ces maladies sont le fruit (En botanique, le fruit est l'organe végétal protégeant la graine. Caractéristique des Angiospermes, il succède à la fleur par transformation du pistil. La...) d'erreurs du câblage du cerveau attribuables à une rupture des interactions complexes entre les influences génétiques et environnementales durant le développement du cerveau.

Étonnamment, l'un de ces troubles affecte près d'un Canadien sur 100, ce qui coûterait plus de 10 milliards par année à l'économie canadienne, en plus d'avoir un impact dévastateur dans la vie (La vie est le nom donné :) des patients et de leurs proches. Deux des récentes publications du Pr Ruthazer dans d'importantes revues scientifiques font progresser nos connaissances sur la façon dont le cerveau se développe, ce qui est crucial pour l'avancement des thérapies, des traitements et des interventions précoces.

Inné et acquis

Sa nouvelle étude, publiée dans la prestigieuse revue Neuron, illustre clairement l'effet d'un apport de l'environnement sur le cerveau en développement. Une exposition d'à peine 20minutes à une stimulation (Une stimulation est un événement physique ou chimique qui active une ou plusieurs cellules réceptrices de l'organisme. La cellule traduit la stimulation par un potentiel d'action, qui est transmis par les nerfs vers les organes...) visuelle intensive durant le développement a amélioré l'acuité visuelle et la sensibilité de sujets à l'égard de cibles visuelles plus fines et petites que chez des témoins non conditionnés.

«Il n'y a pas de place pour l'imprécision dans le cerveau à maturité», dit le professeur Ruthazer. Le développement du cerveau s'accompagne d'une surproduction initiale de connexions imprécises entre les cellules nerveuses. Durant le développement et l'apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances, compétences, d'attitudes ou de valeurs...), ces connexions sont élaguées, au profit de connexions plus fortes et spécifiques. L'affinement s'opère en réaction à un apport de l'environnement. «Notre étude montre qu'une stimulation visuelle intense rend les cellules nerveuses plus réceptives à un apprentissage et à un affinement ultérieurs.»

Qui plus est, le groupe du Pr Ruthazer a identifié les mécanismes moléculaires à l'origine des changements dans le système nerveux. La stimulation de l'environnement active la production d'une protéine, le facteur neurotrophique dérivé du cerveau ou BDNF. Cette protéine joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et...) un rôle majeur dans la plasticité des neurones et a deux formes: le propeptide pro-BDNF qui facilite l'affaiblissement de connexions imprécises ou mal ciblées et le BDNF mature qui renforce les connexions appropriées et efficaces. Dans ce cas, en réaction à l'activité de l'environnement, ces processus ont mené à l'affinement de connexions de cellules nerveuses du système visuel nécessaires pour l'acuité visuelle. «Cela indique que l'expérience sensorielle durant le développement entraîne une production rapide de protéines clés utilisées aux connexions de cellules nerveuses pour donner de la stabilité à long terme et une plus grande efficacité à des points appropriés de connexion, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en aidant à éliminer les mauvaises connexions.»

GPS pour cellules nerveuses en développement

Dans le système visuel en développement, les cellules nerveuses de la rétine à l'arrière de l'oeil se raccordent à des points très spécifiques dans le tectum, la partie visuelle du cerveau, afin que la rétine soit représentée correctement dans le cerveau et puisse transmettre des signaux visuels précis. Un système très complexe de signaux de guidage fait en sorte que les cellules nerveuses innervent les bons points dans le cerveau.

La formation de cette carte précise dans le cerveau repose non seulement sur les signaux de guidage, mais aussi sur une activité configurée dans la rétine. «Nous commençons à comprendre les aspects tributaires de l'expérience ou «acquis» du développement, qui sont souvent plus difficiles à étudier que les éléments du patrimoine génétique ou «innés», car l'éventail d'expériences sensorielles possibles est si vaste», explique le Pr Ruthazer. «Mais même les éléments «innés» du développement peuvent être complexes et doivent à l'occasion être réexaminés.»

Il y plus de dix ans, Friedrich Bonhoeffer et des collègues ont identifié les principaux signaux de guidage moléculaire qui interviennent dans la mise en place du câblage visuel dans le cerveau: les éphrines et leurs récepteurs Eph. Ces molécules se subdivisent en familles A et B. Les membres de la famille «A» s'expriment dans un gradient rostrocaudal (ou de l'avant à l'arrière) dans le tectum, tandis que ceux de la famille «B» ont un gradient d'expression dorsoventral (de haut en bas). À l'instar des lignes de longitude (La longitude est une valeur angulaire, expression du positionnement est-ouest d'un point sur Terre (ou sur une autre planète).) et de latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre (ou sur une autre planète), au nord ou au sud de...) sur une carte de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...), ces gradients d'expression semblent indiquer que les niveaux respectifs d'Eph et d'éphrines A et B précisent des coordonnées de position dans le cerveau pour guider les axones rétiniens à identifier et à innerver leurs cibles correspondantes dans le tectum. On trouve aujourd'hui ce modèle influent dans la plupart des manuels de premier cycle.

Fait étonnant, les configurations d'expression de développement des Eph et des éphrines dans le cerveau n'avaient encore jamais été examinées en détail. Les résultats d'une étude longitudinale de leurs configurations d'expression publiés récemment dans Development Neurobiology par Valerie Higenell, du laboratoire du Pr Ruthazer, en collaboration avec des collègues de SUNY Downstate et de l'Université de Californie à Santa Cruz, sont surprenants et exigent un changement fondamental dans la façon d'envisager les contributions des gradients Eph et éphrines à la cartographie du système visuel.

«Si nos données au sujet des gradients d'expression d'Eph et d'éphrines de type A concordaient avec le modèle répandu, nous avons constaté que le gradient d'expression d'Eph de type B dans le tectum avait exactement l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points...) contraire à ce qui avait été rapporté auparavant. C'est comme si nous venions de découvrir que, depuis le début, nous (et tout le monde (Le mot monde peut désigner :) dans le domaine) tenions notre carte à l'envers», a expliqué le Pr Ruthazer. L'étude a confirmé que les éphrines de type A ont une configuration d'expression caudale élevée à rostrale basse dans le tectum, à peu près complémentaire à l'expression d'Eph de type A, comme prévu. À la différence du modèle répandu, l'étude du Pr Ruthazer a constaté que les Eph de type B ne sont pas exprimés dans le tectum selon un gradient ventral élevé à dorsal bas (de bas en haut) comme le rapportaient auparavant les conclusions d'autres chercheurs, mais plutôt selon une configuration dorsale élevée à ventrale basse (de haut en bas).

L'étude du Pr Ruthazer révèle aussi que le gradient d'Eph de type B est présent uniquement durant les premiers stades du développement, et qu'il atteint une expression uniforme, élevée dans le tectum chez des animaux plus vieux. Cela semble indiquer que la signalisation des éphrines et Eph de type B pourrait jouer un rôle important indépendant de la cartographie axonale dorsoventrale au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure que le cerveau se développe.

L'Institut et hôpital neurologiques de Montréal

L'Institut et hôpital neurologiques de Montréal, le Neuro, est un centre médical universitaire unique qui se consacre aux neurosciences. Cet institut de recherche et de formation rattaché à l'Université McGill est au coeur de la mission en neurosciences que s'est donnée le Centre universitaire de santé McGill. Fondé en 1934 par le réputé Dr Wilder Penfield, le Neuro est reconnu dans le monde entier pour la manière dont il intègre la recherche, des soins prodigués avec compassion aux patients et la formation de pointe, autant de facteurs sans lesquels la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens...) et la médecine ne pourraient progresser. Ses chercheurs sont des chefs de file mondiaux dans les neurosciences cellulaires et moléculaires, en imagerie cérébrale, en neurosciences cognitives ainsi que dans l'étude et le traitement de l'épilepsie, de la sclérose en plaques et des troubles neuromusculaires. Dans son budget (Un budget est un document comptable prévisionnel distinguant les recettes et les dépenses.) de 2007, le gouvernement fédéral a fait de l'Institut neurologique de Montréal un des sept centres d'excellence du Canada, ce qui a lui a permis d'obtenir 15 millions de dollars pour financer ses recherches et ses activités de commercialisation dans le domaine des maladies neurologiques et des neurosciences.

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Source: Université McGill