Les connexions cérébrales naissent à un rythme précis

Publié par Isabelle le 11/11/2021 à 13:00
Source: Université de Genève
Des scientifiques de l'UNIGE démontrent qu'au cours du développement, les différentes populations de neurones nécessaires aux connexions entre les aires cérébrales partagent un programme génétique similaire, mais se déroulent à un rythme différent.


L'activation des aires cérébrales augmente progressivement au cours du développement postnatal. Dans cette étude, les auteur-es ont examiné les bases génétiques de l'établissement de cette connectivité. © UNIGE - Laboratoire Denis Jabaudon

Le cortex cérébral (Le cortex cérébral (ou écorce cérébrale) d'origine prosencéphalique,...), situé à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) du cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite...), gère les facultés cognitives, le langage ou encore les fonctions complexes nous permettant de nous représenter le monde (Le mot monde peut désigner :) ou de nous projeter dans le futur. En étant capable de catégoriser et d'associer les stimuli lui parvenant de nos cinq sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...), le cortex (En biologie, le cortex (mot latin signifiant écorce) désigne la couche superficielle ou...) fait les liens entre ces différentes informations pour leur donner un sens et agir en conséquence. Pour ce faire, différents types de neurones établissent des connexions corticales qui se mettent en place lors du développement embryonnaire, puis dans les premiers temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) de vie (La vie est le nom donné :). Mais par quel mécanisme biologique cet assemblage délicat se crée-t-il ? Une équipe de l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en...) (UNIGE) décrypte pour la première fois ce phénomène: si les neurones sont anatomiquement différents, leur programme génétique (La génétique (du grec genno γεννώ = donner naissance) est...) reste, lui, très similaire. Il s'avère que les différences émergent au moment de la maturation de ces neurones, qui doivent suivre un rythme précis pour établir les bonnes connexions, sans quoi une connectivité anormale s'établit. Des résultats surprenants à découvrir dans la revue Nature.

Les différentes fonctions gérées par le cortex cérébral ne sont pas distribuées au hasard (Dans le langage ordinaire, le mot hasard est utilisé pour exprimer un manque efficient, sinon...), mais s'organisent selon une cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le...) précise. Ainsi, les aires de la vision sont situées à l'arrière de la tête, tandis que le toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal,...) est représenté sur le côté et le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) à l'avant. Pour pouvoir accomplir leurs différentes fonctions, ces aires doivent cependant communiquer efficacement. "Et cela se vérifie continuellement: pour attraper un ballon, par exemple, l'aire (Aires (en espagnol, les airs) est une compagnie aérienne intérieure de Colombie.) de la vision et celle du mouvement doivent se coordonner", explique Denis Jabaudon, professeur au Département des neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et...) fondamentales de la Faculté de médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...) de l'UNIGE, qui a dirigé ces travaux. Ces connexions sont essentielles pour que les êtres humains puissent construire une vision cohérente du monde qui les entoure et l'interpréter correctement. Cependant, un choix doit s'opérer afin que, d'une part, les associations ne soient pas erronées, et que, d'autre part, les associations les plus utiles soient aussi sélectionnées.

Une partition génétique commune jouée à un tempo différent

Les connexions entre les aires corticales sont assurées par les neurones dits "de projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de...) corticale interaréaux" (ICPN), qui envoient des signaux électriques à d'autre(s) aire(s) corticale(s). "Or, pour que les aires corticales puissent communiquer, le système doit se connecter précisément", souligne Denis Jabaudon. "Et pour cela, différents types de connexions doivent impérativement s'établir au bon endroit et au bon moment." Pour comprendre comment ce phénomène se met en place, Esther Klingler, chercheuse au sein de l'équipe de Denis Jabaudon, et leurs collaborateurs/trices ont étudié, comment les connexions entre les aires responsables du toucher et de la motricité s'établissent après la naissance chez la souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant...). "A notre grande surprise, le programme génétique des populations (La génétique des populations traite des fluctuations des fréquences des...) d'ICPN n'est globalement pas différent malgré leurs différences anatomiques. Cependant, le tempo régissant l'expression de ce programme génétique varie, lui, considérablement."

Ainsi, les neurones établissant des connexions d'un type donné se développent plus rapidement, tandis que d'autres se développant plus lentement connectent d'autres aires corticales. "Nos travaux suggèrent que pour créer la diversité des neurones, il n'y a pas toujours besoin (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est...) de diversité génétique (La diversité génétique est une caractéristique décrivant le niveau de...) majeure. Il semble que dans ce cas, la partition est similaire, seul le rythme de lecture et d'exécution change."

Pour confirmer leur découverte, les scientifiques ont modifié l'exécution de ce programme génétique en exprimant sur une longue période un gène (Un gène est une séquence d'acide désoxyribonucléique (ADN) qui spécifie la...) qui normalement n'est exprimé qu'au début du processus. Les souris ont alors montré des connectivités sensitivomotrices anormales, ainsi qu'une exploration (L'exploration est le fait de chercher avec l'intention de découvrir quelque chose d'inconnu.) insolite de leur environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...). Cette seule modification a perturbé le système dans son entier.

La relation toucher-mouvement en premier

Les différents types neuronaux ont donc des rythmes de différenciation postnatale distincts, qui se reflètent dans l'ordre selon lequel les connexions entre les aires cérébrales apparaissent. "Chez la souris, l'exploration active de l'environnement n'émerge progressivement qu'au cours des deux premières semaines de vie et suit la mise en place des connexions entre les aires cérébrales correspondantes", détaille Denis Jabaudon. "Le développement par étape de ces différents neurones permet aux aptitudes sensorielles d'émerger selon ce même calendrier (Un calendrier est un système de repérage des dates en fonction du temps. Ces systèmes ont été...): le souriceau nouveau-né (Un nouveau-né est un enfant à partir de sa première heure de vie et jusqu'à 28...) a d'abord besoin de pouvoir téter - et développera donc en premier la relation toucher - puis aura besoin de se déplacer et développera alors des aptitudes motrices faisant appel à d'autres aires cérébrales." Ainsi, peu à peu, le cortex apprend à n'établir des connexions que lorsque celles-ci sont nécessaires, afin de pouvoir traiter l'information correctement. Dans le cerveau aussi, il y a un temps et un lieu pour tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...).

Publication:
Cette recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) est publiée dans Nature - DOI: 10.1038/s41586-021-04048-3

Contacts:
- Denis Jabaudon - Professeur ordinaire. Département des neurosciences fondamentales. Faculté de médecine UNIGE - Denis.Jabaudon at unige.ch
- Esther Klingler - Maître-assistante. Département des neurosciences fondamentales. Faculté de médecine UNIGE - Esther.Klingler at unige.ch
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