Le cortex cérébral traite les informations sensorielles via un réseau complexe de connexions neuronales. Comment ces signaux sont-ils modulés pour affiner la perception? Une équipe de l'Université de Genève (UNIGE) a identifié un mécanisme par lequel certaines projections thalamiques ciblent les neurones et modifient leur excitabilité. Cette œuvre, publiée dans Communications de la naturerévèle une forme de communication auparavant inconnue entre deux régions du cerveau, le thalamus et le cortex somatosensoriel. Cela pourrait expliquer pourquoi le même stimulus sensoriel n'obtient pas toujours la même sensation et ouvre de nouvelles voies pour comprendre certains troubles mentaux.
Le même stimulus sensoriel peut être perçu clairement et rester vague à d'autres. Ce phénomène peut s'expliquer par la façon dont le cerveau intègre des stimuli. Par exemple, toucher un objet en dehors de notre champ de vision peut être suffisant pour l'identifier … ou non. Ces variations perceptuelles restent mal comprises, mais peuvent dépendre de facteurs tels que l'attention ou la présence perturbatrice d'autres stimuli. Ce qui est certain, selon les neuroscientifiques, c'est que lorsque nous touchons quelque chose, les signaux sensoriels des récepteurs de la peau sont interprétés par une région spécialisée appelée le cortex somatosensoriel.
Sur leur chemin, les signaux passent à travers un réseau complexe de neurones, y compris une structure cruciale dans le cerveau appelé le thalamus, qui sert de station de relais. Cependant, le processus n'est pas à sens unique. Une partie importante du thalamus reçoit également des commentaires du cortex, formant une boucle de communication réciproque. Mais le rôle exact et le fonctionnement de cette boucle de rétroaction ne sont toujours pas clairs. Cela pourrait-il jouer un rôle actif dans la façon dont nous percevons les informations sensorielles?
Une nouvelle voie modulatrice
Pour explorer cette question, les neuroscientifiques de l'Unige ont étudié une région au sommet des neurones pyramidaux du cortex somatosensoriel, riches en dendrites – extensions qui reçoivent des signaux électriques d'autres neurones. '' Les neurones pyramidaux ont des formes assez étranges. Ils sont asymétriques, à la fois en forme et en fonction. Ce qui se passe en haut du neurone est différent de ce qui se passe en bas '', explique Anthony Holtmaat, professeur titulaire du département de base des neurosciences (NEUFO) et du Synapsy Center for Neuroscience Research for Mental Health à la Faculté de médecine d'Unige, et directeur de l'étude.
Son équipe s'est concentrée sur une voie dans laquelle le sommet des neurones pyramidaux chez la souris reçoit des projections d'une partie spécifique du thalamus. En stimulant les moustaches de l'animal – l'équivalent du toucher chez l'homme – un dialogue précis entre ces projections et les dendrites des neurones pyramidaux a été révélé.
Ce qui est remarquable, contrairement aux projections thalamiques régulières connues pour activer les neurones pyramidales, c'est que la partie du thalamus fournissant la rétroaction module leur activité, en particulier en les rendant plus sensibles aux stimuli. «
Ronan Chereau, chercheur principal à Neufo et co-auteur de l'étude
Un récepteur inattendu
Utilisation de techniques de pointe – imagerie, optogénétique, pharmacologie et, surtout, électrophysiologie – l'équipe de recherche a pu enregistrer l'activité électrique de petites structures telles que les dendrites. Ces approches ont contribué à clarifier le fonctionnement de cette modulation au niveau synaptique. Normalement, le glutamate de neurotransmetteur agit comme un signal d'activation. Il aide les neurones à transmettre des informations sensorielles en déclenchant une réponse électrique dans le neurone suivant.
Dans ce mécanisme nouvellement découvert, le glutamate libéré des projections thalamiques se lie à un récepteur alternatif situé dans une région spécifique du neurone pyramidal cortical. Plutôt que d'exciter directement le neurone, cette interaction modifie son état de réactivité, l'amorçant efficacement pour une future entrée sensorielle. Le neurone devient alors plus facilement activé, comme s'il était conditionné pour mieux répondre à un futur stimulus sensoriel.
'' Il s'agit d'une voie auparavant inconnue pour la modulation. Habituellement, la modulation des neurones pyramidaux est assurée par l'équilibre entre les neurones excitatrices et inhibiteurs, et non par ce type de mécanisme », explique Ronan Chereau.
Implications pour la perception et les troubles
En démontrant qu'une boucle de rétroaction spécifique entre le cortex somatosensoriel et le thalamus peut moduler l'excitabilité des neurones corticaux, l'étude suggère que les voies thalamiques ne transmettent pas simplement des signaux sensoriels, mais agissent également comme des amplificateurs sélectifs de l'activité corticale. « En d'autres termes, notre perception du toucher est non seulement façonnée par les données sensorielles entrantes, mais aussi par des interactions dynamiques au sein du réseau thalamocortical '', ajoute Anthony Holtmaat. Ce mécanisme pourrait également contribuer à comprendre la flexibilité perceptuelle observée dans les états de sommeil ou d'éveil, lorsque les seuils sensoriels varient. Son altération pourrait également jouer un rôle dans certaines pathologies, telles que les troubles du spectre de l'autisme.
