Dans une nouvelle expérience, les scientifiques ont utilisé la réalité virtuelle pour montrer que le cerveau peut ressentir une infection virtuelle pour déclencher le système immunitaire du corps, avant que le premier microbe ne prenne contact.
Étude: L'anticipation neurale de l'infection virtuelle déclenche une réponse immunitaire. Crédit d'image: Speedkingz / Shutterstock.com
Le système immunitaire détecte et répond à la présence d'un pathogène pour éliminer ou contrer ses effets toxiques. Cependant, le retard dans ce processus pourrait affaiblir son efficacité. Un rapport récent dans Neuroscience de la nature montre comment le système neuronal amorce la réponse immunitaire en prévision d'une menace infectieuse potentielle, même sans exposition réelle aux agents pathogènes.
Sommaire
Introduction
Les organismes vivants doivent être en mesure d'anticiper les menaces et de réagir immédiatement par une réaction de combat ou de fuite. De tels mécanismes ont été largement étudiés, car ils produisent des réponses comme la distanciation sociale qui réduisent les chances de propagation de l'infection.
Les primates ont un réseau neuronal dans les neurones frontaux et pariétaux qui intègrent des stimuli à médiation tactile et des données des récepteurs sensoriels externes aux stimuli de détection dans l'espace péripersque. Le système immunitaire réagit au stimulus via ses bras innés et adaptatifs, déclenchant des réponses immunitaires précoces et tardives. Ceux-ci garantissent que les agents pathogènes sont effacés efficacement sans compromettre l'intégrité de l'hôte.
Les systèmes neuronaux et immunitaires interagissent pour la régulation mutuelle. Cependant, rien ne montre que les deux systèmes réagissent de manière coordonnée aux infections potentielles avant le contact avec l'agent infectieux. La nouvelle étude fournit des preuves d'un mécanisme neuro-immune d'anticipation activé par des menaces d'infection potentielles avant le contact physique.
La présente étude a exploré si le cerveau humain pouvait anticiper les infections virtuelles, déclenchant des réponses immunitaires précoces, tout comme suivant le contact physique avec un agent pathogène.
À propos de l'étude
Les chercheurs ont utilisé un système de réalité virtuelle (VR) pour démontrer la réponse d'anticipation des circuits neuronaux aux entités infectieuses dans l'espace péripersque.
L'étude comprenait des participants en bonne santé qui ont d'abord été exposés à des avatars neutres.
Ils ont été assignés au hasard à l'une des trois cohortes égales de la deuxième session. Chaque cohorte a été exposée à un avatar de réalité virtuelle (VR) neutre, effrayante ou d'infection.
L'avatar d'infection impliquait des infections potentielles, telles que les avatars de face humains avec des signes d'infection clairs, qui sont entrés dans l'espace péripersque des participants. Ces réponses d'évitement suscitées à leur nature contagieuse perçue. Étant donné que le dégoût est essentiel pour éviter les réponses, les cohortes ont été appariées pour le dégoût et les seuils d'anxiété. La sensibilité au dégoût a également été incluse comme covariable dans les analyses de neuroimagerie pour s'assurer qu'elle n'a pas confondu les effets des indices d'infection.
Les chercheurs ont mesuré les réponses neuronales, comportementales et immunitaires aux défis multisensoriels de la réalité virtuelle en utilisant plusieurs modalités, notamment la psychophysique, l'électroencéphalographie et l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Par exemple, les réactions aux stimuli tactiles sur le visage ont été chronométrées même si la RV immersive a montré une face avatar qui approche, à cinq distances. Cela a été normalisé en utilisant les mêmes stimuli mais sans aucun avatar pour mesurer la stimulation unisensorielle.
La distance à laquelle l'avatar a produit un effet multisensoriel a été déterminée: l'effet d'espace péripersque (effet PPS). Ils ont comparé les réponses aux avatars de l'infection par les réactions aux témoins, aux avatars neutres et induisant la peur, ou au contact réel avec un agent pathogène (par l'injection d'un vaccin contre la grippe).
Résultats de l'étude
Le type d'avatar a déterminé le changement de l'effet PPS de la ligne de base à la deuxième session. L'effet PPS s'est produit à toutes les distances avec l'avatar d'infection, contre uniquement les deux distances les plus proches au départ. Cela indique sa nature anticipée, induite avant le contact réel du pathogène corporel.
Les résultats ont montré que la réponse précoce à une infection potentielle s'est produite dans les zones multisensorielles-moteurs, telles que les zones cérébrales fronto-pariétales qui ressentent une invasion spatiale péripersque. Ceux-ci prédisent une infection potentielle à proximité d'un agent infectieux, conduisant à l'activation du réseau de saillance.
Surtout, cette réponse cérébrale anticipée était spécifique aux avatars infectieuses et ne s'est pas produite avec des avatars effrayants, démontrant que le système neuronal distingue les menaces pathogènes et génériques.
Le réseau de saillance est un groupe de régions cérébrales connectées conçues pour détecter et sélectionner les stimuli les plus pertinents. Il en résulte la libération de médiateurs neuro-immunes dans une séquence amplifiée à chaque étape.
« Ici, nous montrons que le réseau PPS et le réseau de saillance répondent aux infections virtuelles pour implémenter des réponses rapides. Surtout, ce modèle d'activations cérébrales était spécifique à la détection de l'infection virtuelle. «
En réponse, les changements comportementaux se sont produits via une connectivité modifiée dans un réseau de zones, y compris l'hypothalamus. L'hypothalamus régule les réponses immunitaires innées à travers l'axe du cortex hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA), un composant clé de l'interface neuro-immune.
L'activation de l'axe neuro-immune a conduit à l'activation dirigée des cellules lymphoïdes innées et à une fréquence réduite de ces cellules. Cela suggère leur migration dans les tissus. Les cellules NK n'ont cependant pas montré de changements significatifs.
« Ces données montrent que les ILC (cellules lymphoïdes innées) réagir aux infections non seulement lorsqu'ils sont détectés dans le corps mais aussi lorsqu'ils sont traités comme une menace potentielle qui s'approche du corps. «
En utilisant des modèles de réseaux neuronaux, les scientifiques ont constaté que l'activation de l'ILC était mieux prédite par une interaction non linéaire entre trois classes de médiateurs: les hormones liées au HPA, les eicosanoïdes et les facteurs neuro -flammatoires. L'activation des cellules lymphoïdes correspondait presque linéairement aux niveaux d'hormones liés au HPA, et l'inverse était vrai pour les produits chimiques neuro-inflammatoires.
La réponse immunitaire la plus forte prévue s'est produite dans un «point chaud» de niveaux hormonaux élevés liés au HPA, de faibles niveaux de médiateurs neuroinflammatoires et de concentrations intermédiaires d'eicosanoïdes. Les données réelles de la cohorte d'infection étaient plus susceptibles de se situer dans cette plage prévue que le groupe témoin.
Ceux-ci suggèrent que «Une menace d'infection virtuelle (et non une menace générique) induit un modèle spécifique de signalisation neuro-immune, qui est suffisant pour entraîner l'activation de l'ILC. «
Conclusion
Les résultats de cette expérience suggèrent que les systèmes neuronaux et immunitaires agissent à l'unisson pour anticiper une infection menacée même sans contact physique. Le traversée de la frontière fonctionnelle de l'espace péripersque conduit à la détection d'une infection imminente. Cela déclenche l'activité neuronale et immunitaire anticipative.
Le système PPS et le réseau de saillance se coordonnent pour reconnaître et répondre aux menaces. Cela induit des réponses immunitaires avant l'infection réelle via l'activation des cellules lymphoïdes innées. L'axe HPA est probablement impliqué dans cette réponse via une diaphonie neuro-immune.
« Bien que surprenante, notre constatation que les réponses immunitaires peuvent être déclenchées par des infections simulées présentées en VR est cohérente avec le principe du détecteur de fumée dans les systèmes biologiques. » L'étude met également l'accent sur la sensibilité élevée du système immunitaire comportemental à des stimuli même faux positifs, dans ce cas livrés par VR.
Les chercheurs avertissent que d'autres études sont nécessaires pour valider la généralisation de ces résultats entre les groupes d'âge, les types de stimulation (par exemple, imminent vs statique) et d'autres marqueurs immunitaires. Cependant, l'étude introduit une nouvelle approche pour étudier l'interface d'anticipation entre la perception, la cognition et l'immunité.
Les études futures devraient clarifier les différences de réponse à différents types de stimulation, à savoir les stimuli qui se profilent par rapport aux stimuli statiques, tout en validant les réponses immunitaires à la stimulation cérébrale virtuelle chez l'homme.
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