Le professeur Lee Kwang, du département des sciences du cerveau de la DGIST (président Lee Kunwoo), et son équipe ont découvert une nouvelle corrélation entre la signalisation neuronale dans le cerveau et la signalisation de la dopamine dans le striatum. Le cerveau humain nécessite un traitement rapide des signaux neuronaux dans un laps de temps court, inférieur à une seconde. La dopamine est connue pour avoir l'effet le plus fort sur les signaux neuronaux cérébraux, mais la nouvelle « technologie de surveillance de signaux cérébraux multiples basée sur une puce neuronale optique » développée par l'équipe de recherche montre que les changements dans les signaux de dopamine dans la gamme physiologique n'affectent pas le traitement des signaux neuronaux cérébraux.
La dopamine est un neuromodulateur chimique qui joue un rôle essentiel dans l'apprentissage, le mouvement, la motivation et la prise de décision. Elle a été associée à un certain nombre de maladies, notamment la maladie de Parkinson, la toxicomanie et la dépression. Pour analyser la pertinence de la signalisation de la dopamine dans le traitement des signaux neuronaux cérébraux et les maladies associées, le professeur Lee Kwang du DGIST et son équipe ont développé une « technologie de surveillance de signaux cérébraux multiples basée sur une puce neuronale optique » avec l'équipe du professeur Masmanidis à l'UCLA. Cette technologie peut enregistrer simultanément les signaux neuronaux électriques et chimiques du cerveau, et elle a confirmé que la signalisation de la dopamine dans le striatum manipulé artificiellement induit un potentiel d'action(1) changements dans les neurones. Les résultats ont été validés par l'apprentissage automatique.
L'équipe a utilisé l'optogénétique pour observer simultanément la dopamine et l'activité neuronale dans le « striatum ventral » tout en contrôlant l'activité des neurones dopaminergiques. Tout d'abord, lorsque la dopamine n'était pas libérée pendant le traitement du signal neuronal dans le cerveau, aucune anomalie n'était constatée dans l'activité des neurones, et lorsque la dopamine était libérée dans la plage physiologique normale (par exemple, pendant la prise alimentaire), seules des modifications faibles ou incohérentes de l'activité des neurones étaient observées. Cependant, lorsque la dopamine était libérée artificiellement à plus de cinq fois la plage physiologique normale, un effet significatif sur le traitement du signal neuronal dans le cerveau était observé. Cela suggère que d'autres facteurs pourraient être plus importants que la signalisation de la dopamine dans le cerveau pour certains processus de signalisation neuronale, contrairement aux théories actuelles.
Cette étude démontre pour la première fois que les signaux de dopamine provenant des récompenses alimentaires jouent un rôle mineur dans la formation rapide de l'activité neuronale dans le striatum. Cela suggère que sur une échelle de temps inférieure à la seconde, l'activité neuronale dans le striatum peut être influencée par d'autres entrées neuronales externes plutôt que par la dopamine. Nous mènerons des études de suivi pour éclairer la physiologie sophistiquée de la dopamine en relation avec le temps, y compris sa contribution à long terme.
Lee Kwang, Professeur, DGIST
Les résultats ont été publiés en ligne dans Neurosciences de la nature en juillet.
