Les neuroscientifiques de Johns Hopkins Medicine affirment avoir déterminé comment une molécule de la surface des cellules cérébrales façonne le comportement de certains neurones.
La recherche, publiée le 2 octobre dans Naturerévèle comment une molécule, le récepteur perméable au calcium (CP)-AMPA, supprime la capacité d'un neurone spécifique à prêter attention à des signaux externes spécifiques, tels que les boucles d'oreilles de votre ami, selon l'étude menée sur des souris génétiquement modifiées. Comprendre pourquoi certains neurones sont moins « sélectifs » quant à leur réponse à certains signaux peut également aider les chercheurs à étudier la schizophrénie, l'épilepsie et l'autisme – ; conditions marquées par un traitement défectueux des signaux externes et des ratés de fonctionnement des neurones dans le cerveau des mammifères.
« Nous avons découvert que le sous-type perméable au calcium des récepteurs AMPA joue un rôle supplémentaire dans la suppression de la sélectivité d'un neurone donné », explique Ingie Hong, Ph.D., premier auteur et instructeur en neurosciences à la médecine de l'Université Johns Hopkins.
Jusqu’à présent, le rôle de ces récepteurs spécifiques dans le cerveau plus large des mammifères, tel qu’il fonctionne dans la vie quotidienne, restait un mystère. »
Ingie Hong, médecine de l'Université Johns Hopkins
Avec Hong, la recherche a été dirigée par Richard Huganir, Ph.D., professeur émérite Bloomberg de neurosciences et de sciences psychologiques et cérébrales et directeur du département de neurosciences Solomon H. Snyder de la faculté de médecine de l'université Johns Hopkins, qui a été étudie les récepteurs AMPA depuis plus de 40 ans.
Les récepteurs AMPA sont essentiels au transfert rapide d'informations et à la formation de la mémoire dans le cerveau, comme entendre et mémoriser le nom d'une personne. Le sous-type de récepteurs AMPA dans cette étude, les récepteurs CP-AMPA, agit comme une « porte » qui diminue la sélectivité des neurones à parvalbumine (PV), qui sont inhibiteurs et exercent ainsi une inhibition non sélective sur les neurones voisins, disent les chercheurs.
« Les neurones sélectifs répondront à quelque chose de vraiment spécifique, par exemple la moustache de votre grand-père, tandis que les neurones moins sélectifs répondront également à différents visages ou personnes », explique Hong. « Nous avons recherché les mécanismes et les molécules qui contrôlent cette spécificité, ou sélectivité, et comment cela se passe mal dans des conditions telles que l'autisme et l'épilepsie, où les neurones excitateurs peuvent devenir surstimulés. »
Les chercheurs ont également découvert que les mutations de GluA2, une sous-unité protéique du récepteur CP-AMPA, sont associées à une déficience intellectuelle.
« Les mutations humaines dans la sous-unité GluA2 des récepteurs AMPA, qui régulent la perméabilité au calcium du récepteur, peuvent conduire à une déficience intellectuelle et à l'autisme », explique l'auteur principal Huganir. « Cela suggère qu'un contrôle strict de la perméabilité au calcium des récepteurs AMPA est essentiel pour la cognition humaine. »
Plus précisément, les chercheurs se sont concentrés sur les récepteurs CP-AMPA dans deux zones distinctes du cerveau, le cortex visuel, où les neurones traitent les informations visuelles, et l'hippocampe, où les neurones répondent à « où vous êtes, où vous allez ou où vous avez ». « , dit Hong.
Pour mener leurs recherches, les scientifiques ont développé de nouveaux vecteurs viraux adéno-associés pour remplacer les récepteurs AMPA perméables au calcium par des homologues imperméables et les exprimer dans le cerveau de la souris. Ils disent qu’ils espèrent que ces vecteurs pourront aider à traiter les troubles résultant de mutations du récepteur AMPA à l’avenir.
Pour cartographier la sélectivité des neurones PV, les scientifiques ont utilisé des techniques d'imagerie avancées pour observer la structure et l'activité des neurones en profondeur dans le cerveau de souris génétiquement modifiées tout en leur montrant des stimuli vidéo.
« Dans la plupart des cas, nous avons constaté que ces neurones PV, qui sont généralement moins sélectifs, sont devenus plus sélectifs aux stimuli visuels ainsi qu'à la localisation spatiale lorsque nous avons remplacé les récepteurs CP-AMPA par des molécules imperméables, ce qui a permis aux neurones inhibiteurs d'agir davantage comme des neurones excitateurs. » dit Hong.
Les chercheurs affirment que la grande quantité de récepteurs CP-AMPA dans les neurones PV est bien conservée chez de nombreuses espèces de mammifères, y compris les humains.
« Rendre l'inhibition des neurones moins sélective rend nos circuits neuronaux plus efficaces que les espèces qui ne possèdent pas cette caractéristique moléculaire », explique Hong. « Cela signifie probablement aussi que nos réseaux neuronaux sont plus stables. »
Hong affirme que les nouvelles recherches pourraient également avoir des implications pour l'apprentissage automatique utilisé dans l'intelligence artificielle.
« Dans l'apprentissage automatique, il existe de nombreux neurones « artificiels » informatisés qui sont entraînés pour être très ou moins sélectifs », explique-t-il. « Nous essayons de trouver comment des unités spécifiques et moins spécifiques peuvent fonctionner ensemble pour nous donner des machines et une IA plus intelligentes. »
Ensuite, les scientifiques ont l’intention d’étudier d’autres molécules critiques connues pour modifier la cognition. En neurosciences cliniques, dit Hong, une meilleure compréhension des molécules cérébrales qui contribuent aux calculs neuronaux biaisés chez les patients pourrait faire progresser la recherche de cibles thérapeutiques médicamenteuses dans les troubles psychiatriques avec une composante génétique, un domaine naissant que Hong appelle « thérapie neurocomputationnelle ».
