Les chercheurs se concentrent sur des neurones spécifiques qui rendent possibles les tâches d’atteindre et de saisir

Des recherches menées à l’Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University (OIST) ont examiné l’importance de neurones spécifiques pour des tâches quotidiennes apparemment simples qui impliquent d’atteindre et de saisir des objets. L’étude a été publiée dans Rapports de cellule.

«Nous nous sommes concentrés sur les neurones situés dans les noyaux gris centraux», a déclaré le professeur Gordon Arbuthnott, qui dirige l’unité des mécanismes cérébraux pour le comportement de l’OIST. « Cette partie du cerveau est connectée au cortex cérébral, qui est impliqué dans la fonction motrice. Et les neurones, ou cellules nerveuses, sont des cellules spécialisées qui agissent comme les éléments constitutifs du système nerveux – ils connectent les entrées du monde extérieur au mouvement. dans nos muscles. « 

Les patients qui souffrent de dommages aux noyaux gris centraux peuvent voir leurs capacités motrices gravement affectées, ce qui rend presque impossible les tâches quotidiennes d’atteindre et de saisir, comme prendre une tasse de café ou mettre une veste.

«Nous savons que les interruptions de ces neurones des noyaux gris centraux sont impliquées dans le développement de maladies comme la maladie de Parkinson et de Huntington, mais les mécanismes cellulaires exacts derrière cela ne sont pas bien compris», a poursuivi le professeur Arbuthnott.

Les neurones en question sont des neurones à projection épineuse striatale, un grand groupe qui contribue à la fonction motrice lisse. Il existe deux types distincts: les neurones à sortie striatale directe D1, qui se connectent directement à la sortie des noyaux gris centraux, et les neurones à sortie indirecte D2, qui empruntent un chemin plus long via d’autres zones du cerveau. Selon le comportement d’une personne, différents groupes constitués de différentes compositions de ces deux neurones se formeront. La plupart des groupes ont à la fois des neurones D1 et D2, bien qu’il y ait des exceptions, certains groupes n’en ayant qu’un.

C’est donc un système dynamique où les deux types différents fonctionnent ensemble. Des recherches antérieures ont indiqué que, pour les tâches impliquant le mouvement, les neurones D1 donnent le signal «go» tandis que les neurones D2 donnent le signal «stop». Les chercheurs ont décidé de changer l’activité de chaque type indépendamment, pour tester cette idée.

Pour effectuer l’expérience, les souris ont été entraînées à atteindre à travers une ouverture dans leur chambre et à saisir une pastille de chocolat. Le fait de ne pas récupérer le culot a été classé de trois manières. Une erreur «initiale» s’est produite lorsque la souris n’a pas pu faire passer sa patte par l’ouverture de sa chambre. Une erreur «  finale  » a été lorsque la patte d’une souris s’est terminée au mauvais endroit après avoir traversé l’ouverture. Et une erreur de «saisie» s’est produite lorsque la patte de la souris a atteint le culot, mais ils ont été incapables de le ramasser.

Lorsque des souris avec des neurones D1 et D2 fonctionnant normalement ont été entraînées à cette tâche, elles étaient plus susceptibles d’échouer avec l’erreur de saisie, qui s’est produite dans plus de la moitié des échecs. Dans cet esprit, les chercheurs ont utilisé des méthodes optiques afin que les neurones D1 ou D2 puissent être excités ou inhibés par la lumière.

Les chercheurs ont découvert que l’excitation et l’inhibition du type D1 entraînaient une diminution significative du taux de réussite de la récupération du traitement et que, proportionnellement, le nombre d’échecs de l’erreur «initiale» augmentait.

En revanche, l’excitation du type D2 a également entraîné une diminution significative du taux de réussite mais, cette fois, c’est l’erreur «finale» qui a augmenté proportionnellement.

Mais, fait intéressant, lorsque les types D2 étaient inhibés, le taux de réussite de la récupération des traitements augmentait.

Nous avons plusieurs idées sur les raisons pour lesquelles cela aurait pu se produire. Si nous imaginons qu’un petit groupe de neurones D2 est suffisant pour atteindre la cible, alors exciter toutes les cellules D2 de la zone pourrait faire perdre au petit groupe l’activité bruyante du plus grand nombre, tandis que l’inhibition du grand groupe pourrait ne laisser que le les neurones les plus fortement excités, qui peuvent alors guider efficacement le comportement de la souris. « 

Professeur Gordon Arbuthnott, Unité des mécanismes cérébraux pour le comportement de l’OIST

Les résultats ont montré que les deux types étaient nécessaires à la fonction motrice douce de tous les mouvements. Les souris ont du mal avec la partie de départ du mouvement sans les cellules D1; et, dans la plupart des cas, le culot ne peut pas être récupéré si les cellules D2 ne fonctionnent pas correctement. Cependant, la théorie du stop-and-go n’a pas été soutenue par cette étude car, bien que les cellules D1 se soient avérées nécessaires pour contrôler la partie initiale de la portée, les chercheurs ont constaté que les cellules D2 étaient en fait nécessaires pour viser le traitement, plutôt que d’arrêter la tâche.

« Cette étude nous a aidés à mieux comprendre le fonctionnement de notre cerveau et contribue au corpus de recherche qui permettra un jour de trouver un remède aux maladies neurodégénératives », a déclaré le professeur Arbuthnott. «Avec la maladie de Parkinson, nous réussissons à corriger les symptômes, mais nous devons aller à la racine de la maladie. En attendant, comprendre comment les neurones sont impliqués dans le contrôle du mouvement aidera à résoudre les problèmes auxquels les patients sont confrontés quotidiennement. base. »