Fibres moussues, théorie de la détonation et mémoire spatiale
Publié par Isabelle le 12/10/2018 à 12:00
Source: © Union européenne, [2018] / CORDIS

Illustration Wikimdedia Commons
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 (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :) spatiale implique une zone spéciale du 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...), l'hippocampe. Les éléments essentiels de l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) dans cette zone du cerveau sont les synapses de fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) 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 (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) à court terme.

Rassembler des preuves pour la théorie de la détonation (Une détonation est une onde de combustion extrêmement violente, qui se propage à une vitesse supersonique.)

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 (Le détonateur est un élément de la chaîne explosive dont le rôle consiste à produire, au départ d'un courant électrique ou d'une...). Ce phénomène décrit la situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général afin de...) dans laquelle les synapses FM sont assez puissantes pour traduire une seule pointe présynaptique, ou influx nerveux, en une pointe post-synaptique.

Le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le...) IN VIVO (In vivo (en latin : « au sein du vivant ») est une expression latine qualifiant des recherches ou des examens pratiqués sur un organisme vivant, par opposition à in vitro ou ex vivo. Les...) MOSSY, boursier de la Marie Sklodowska-Curie et financé par l'UE, a étudié des souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de compagnie ou de laboratoire, mais...) 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 (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) pour envoyer l'influx au neurone (Un neurone, ou cellule nerveuse, est une cellule excitable constituant l'unité fonctionnelle de base du système nerveux. Le terme de...) suivant. Le Dr Ben Suter, 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 impliquent...) principal et boursier, détaille la méthode utilisée: "Nous avons utilisé l'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 par impression...) 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 (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) 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 (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.), 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 (La réalité virtuelle est une simulation informatique interactive immersive, visuelle, sonore et/ou haptique, d’environnements réels ou imaginaires.) 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 (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui...) 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 (La Réunion est une île française du sud-ouest de l'océan Indien située dans l'archipel des Mascareignes à environ 700 kilomètres à l'est de Madagascar et...) 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 (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...) et de mémorisation (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.), 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 (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) d'application initial du projet et nous espérons pouvoir étudier ces questions à l'avenir", conclut le Dr Suter.
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