Fibres moussues, théorie de la détonation et mémoire spatiale

Le simple fait de marcher le long d'un chemin fait appel à la mémoire spatiale. Des chercheurs de l'UE ont pris des images en couleur des circuits nerveux actifs dans le cerveau afin de comprendre comment cette tâche est exécutée.

La navigation spatiale implique une zone spéciale du cerveau, l'hippocampe. Les éléments essentiels de l'activité dans cette zone du cerveau sont les synapses de fibres moussues (FM). Elles sont appelées ainsi en raison des enflures présentes le long de leurs axons, ces cellules nerveuses sont également impliquées dans la mémoire à court terme.

Rassembler des preuves pour la théorie de la détonation

Pour déterminer la façon dont l'hippocampe orchestre cette promenade le long d'un chemin, les connaissances sur les synapses FM et comment elles transmettent des influx s'avèrent essentielles. Un des phénomènes qui a des répercussions énormes sur la manière dont le cerveau traite l'information est l'effet détonateur. Ce phénomène décrit la situation dans laquelle les synapses FM sont assez puissantes pour traduire une seule pointe présynaptique, ou influx nerveux, en une pointe post-synaptique.

Le projet IN VIVO MOSSY, boursier de la Marie Sklodowska-Curie et financé par l'UE, a étudié des souris éveillées se déplaçant le long d'un chemin linéaire afin de démontrer ou rejeter la théorie de la détonation. En d'autres termes, pour déterminer si les synapses FM parviennent à rassembler suffisamment de puissance pour envoyer l'influx au neurone suivant. Le Dr Ben Suter, chercheur principal et boursier, détaille la méthode utilisée: "Nous avons utilisé l'imagerie calcique biphotonique à deux couleurs et simultanée pour observer les terminaux des fibres moussues présynaptiques et les neurones pyramidaux de la région CA3 post-synaptiques chez des souris éveillées se déplaçant le long d'un chemin linéaire".

De nouvelles images de l'hippocampe

L'hippocampe se trouve profondément ancré à l'intérieur du cerveau et il est replié, ce qui empêche la prise d'images de haute qualité. Ce défi expérimental a été relevé sans hésitation à l'aide de l'optimisation graduelle des éléments optiques et mécaniques, ainsi que des interventions chirurgicales. "Ces techniques améliorées ont déjà été partagées avec des collègues qui les ont appliquées dans le cadre d'autres projets de recherche financés par l'UE", remarque le Dr Suter.

Un des défis inattendus à aborder a été les performances sous-optimales d'une pièce essentielle de l'équipement qui a finalement été remplacée. Malgré un retard important dans le programme initial du projet IN VIVO MOSSY, l'identification de problèmes techniques sous-jacents nous a conduit à une meilleure compréhension des principes fondamentaux et des limites du matériel. En fin de compte, cela nous a permis l'acquisition, l'installation et l'optimisation d'un nouveau système avec de meilleures performances.

"L'imagerie de la population post-synaptique chez des souris éveillées courant sur un chemin de réalité virtuelle a déjà été accomplie, mais l'imagerie présynaptique ne l'a pas encore été", explique le Dr Suter. Ces premiers résultats ont été acceptés pour faire l'objet d'une présentation à la conférence de la Society of Neuroscience 2018. Précédemment, les progrès de la recherche ont été présentés sous la forme d'une affiche lors de plusieurs rencontres scientifiques, y compris la réunion de l'Austrian Neuroscience Association en 2017.

Poursuite de la recherche

Les travaux de la recherche sur les synapses FM continuent après la fin du projet IN VIVO MOSSY. "Encouragés par notre succès dans l'obtention d'images en direct de haute qualité montrant une zone cible à l'intérieur du cerveau qui est très difficile à atteindre, nous allons continuer avec des expériences supplémentaires, comme prévu", déclare le Dr Suter.

L'objectif final consiste à saisir la transmission synaptique "en direct" au moment même où elle se produit. En parallèle, les chercheurs ont commencé à diffuser les résultats initiaux à la communauté de la recherche et envisagent de publier les résultats finaux.

La recherche sur la façon dont l'hippocampe fonctionne possède des répercussions massives pour les connaissances sur les processus d'apprentissage et de mémorisation, de navigation spatiale et de reconnaissance des formes. "Les avancées techniques atteintes pendant les deux premières années d'études ont ouvert des possibilités à des questions de recherche supplémentaires au-delà du champ d'application initial du projet et nous espérons pouvoir étudier ces questions à l'avenir", conclut le Dr Suter.