Architecture de la mémoire et de l'apprentissage

Publié par Adrien le 21/09/2021 à 09:00
Source: CNRS INSB
L'architecture des neurones et des connections synaptiques soutient des fonctions cérébrales fondamentales comme l'acquisition et la modulation de la mémoire. Les terminaux synaptiques sont de très petite taille à l'échelle micrométrique, fonctionnant avec une machinerie moléculaire complexe. En combinant théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer,...), modélisation mathématique et méthodes expérimentales (Une des bases de la démarche scientifique est l'expérimentation, c'est-à-dire le recueil de...), les scientifiques ont montré que le positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre...) d'acteurs moléculaires à l'échelle nanométrique est stratégique pour le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) d'événements calciques qui permettent de programmer les neurones sur le long terme. Ces résultats sont publiés dans la revue Science Advances.


Nano-architecture dans les synapses: changement d'échelle allant du cerveau au neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle...), à la synapse puis à l'épine dendritique dont la nano-architecture précise rappelle la tour de Pise (La tour penchée de Pise (torre pendente di Pisa en italien) est un des symboles du centre de...).
© F.Maloumian,K. Basnayake, D. Mazaud, x N. Rouach et D. Holcman

Dans ce travail, les scientifiques ont analysés la façon dont les acteurs moléculaires des terminaux synaptiques sont organisés pour contrôler les événements qui déterminent les changements des connections synaptiques et donc la programmation (La programmation dans le domaine informatique est l'ensemble des activités qui permettent...) des neurones. Ces événements sont des changements miniatures et orchestrés de la concentration du calcium (Le calcium est un élément chimique, de symbole Ca et de numéro atomique 20.) grâce à un positionnement stratégique et donc dans une architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) nanométrique à l'intérieure des synapses.

Le terminal post-synaptique positionné sur une épine dendritique est le siège d'événements calciques qui se produisent à des échelles de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) rapides (en millisecondes) avec des résolutions spatiales submicroniques. Cette résolution spatio-temporelle n'est pas encore accessible en simple microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique...). Les chercheurs ont donc utilisé une approche combinant théorie et pratique expérimentale ( En art, il s'agit d'approches de création basées sur une remise en question des dogmes...) pour montrer que les transitions calciques rapides observées dans les épines peuvent s'expliquer grâce à une nouvelle théorie, appelle la statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle...) des évènements extrêmes, où les temps caractéristiques de l'activation (Activation peut faire référence à :) calcique sont liés à l'arrivée des premiers ions calcium sur leurs cibles moléculaires.

Les prédictions théoriques qui ont conduit aux vérifications par imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui...) de super-résolution ont permis de trouver le positionnement à l'échelle nanométrique des pompes a calcium (SERCA) et des récepteurs (de Ryanodine) situés au-dessous des réserves de calcium présentes dans le réticulum endoplasmique (RE). De façon intéressante, la séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque...) physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) de ces récepteurs avec d'autres molécules (STIM-ORAI) garantit l'absence d'ambiguïté entre le remplissage et la "vidange" du RE.

Ces nouveaux développements en nanophysiologie révèlent l'importance des théories de physiques statistiques permettant désormais, grâce à la modélisation mathématique et aux simulations stochastiques, d'accéder à l'exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) des phénomènes biologiques à petite échelle. Dans des études ultérieures, les chercheurs prévoient de caractériser les conditions nanométriques liées à certaines pathologiques telles que la maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal...) d'Alzheimer sur la base des divergences nano- et micro-architecturales avec des synapses normales.

Pour en savoir plus:
Nanoscale molecular architecture controls calcium diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) and ER replenishment in dendritic spines
Basnayake, K., Mazaud, D., Kushnireva, L., Bemelmans, A., Rouach, N., Korkotian, E., & Holcman, D.
Science Advances 15 sept 2021. DOI: 10.1126/sciadv.abh1376

laboratoire:
Institut de biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant....) de l'école normale supérieure - IBENS (CNRS/ENS-PSL/Inserm)
46 rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux...) d'Ulm, 75005 Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région...), France.
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