Les signaux dans notre cerveau ne sont pas toujours traités de la même manière : certains récepteurs modulent ces mécanismes et influencent notre humeur, notre perception et notre comportement de diverses manières. L’un d’eux est le récepteur 5-HT2A, qui a une caractéristique unique récemment découverte : il atténue les informations visuelles entrantes, ce qui donne à notre cerveau plus d’espace pour les processus et les interprétations internes. Cette découverte d’une équipe de recherche de l’université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne, pourrait également contribuer à expliquer les effets de drogues comme le LSD. Lorsque ce récepteur est suractivé, les entrées sensorielles externes sont supprimées et le cerveau génère davantage d’images générées par l’intérieur. « C’est un peu comme si notre cerveau se parlait de plus en plus à lui-même », explique le professeur Dirk Jancke. Ces résultats, publiés dans la revue Nature Communications le 14 septembre 2024, apportent de nouvelles perspectives sur notre compréhension de la perception et des troubles psychiatriques.
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Dans la jungle des récepteurs de sérotonine
Les récepteurs assurent la transmission d'informations entre les cellules nerveuses. La libération de sérotonine modifie l'activité des cellules nerveuses dans tout le cerveau. On distingue au moins 14 types de récepteurs sérotoninergiques. « La situation est particulièrement délicate car ces récepteurs peuvent être à la fois inhibiteurs et activateurs », explique Dirk Jancke. « De plus, ils sont exprimés dans différents types de cellules, qui ont à leur tour des effets inhibiteurs ou excitateurs mutuels sur l'ensemble du réseau. »
Utiliser la lumière contre l'obscurité du cerveau
L’étude des effets des récepteurs dans le cerveau n’est donc pas une tâche simple. Les méthodes pharmacologiques classiques permettant d’élucider la fonction des récepteurs sur le réseau neuronal sont limitées. Elles ne sont généralement pas suffisamment spécifiques et, surtout, fonctionnent sur une échelle de temps plus lente. Le groupe de recherche dirigé par le professeur Stefan Herlitze a donc développé des méthodes alternatives. Des protéines réceptrices photosensibles sont introduites dans les cellules nerveuses à l’aide de virus. Les protéines réceptrices photosensibles sont génétiquement modifiées de manière à pouvoir imiter les fonctions d’un type de récepteur sélectionné. Cela permet d’allumer et d’éteindre le type de récepteur sélectionné comme un interrupteur, avec précision et en quelques millisecondes. Pour cela, des fibres optiques ultrafines sont implantées dans des souris, qui délivrent la lumière de la longueur d’onde souhaitée dans la région cérébrale correspondante via une commande LED.
Les récepteurs 5-HT2A régulent la sensibilité aux entrées sensorielles
Grâce à cette méthode, les chercheurs ont découvert que le récepteur 5-HT2A supprime sélectivement l'intensité des informations visuelles entrantes. « Étonnamment, cela se produit sans inhiber d'autres processus parallèles », rapporte le Dr Ruxandra Barzan, auteur principal de l'étude. Ainsi, le cerveau réduit l'importance des informations sensorielles actuelles au profit des processus de communication interne et d'interprétation. « Cela signifie que nous avons découvert un mécanisme qui régule l'importance accordée aux informations entrantes », explique Ruxandra Barzan.
Comprendre les hallucinations, développer des approches thérapeutiques
Les hallucinations provoquées par des drogues comme le LSD pourraient donc être interprétées comme une forme d'auto-dialogue, selon Dirk Jancke. « Par suractivation, le récepteur 5-HT2A supprime l'activité sensorielle externe et le cerveau crée une perception indépendante des stimuli externes. »
Dans un cerveau sain, la sérotonine active simultanément différents types de récepteurs, ce qui garantit un flux d’informations équilibré. Dans le cas de maladies psychiatriques, cet équilibre peut être perturbé. Les chercheurs espèrent que leurs récentes découvertes pourront contribuer au développement de nouvelles thérapies dans lesquelles des récepteurs spécifiquement sélectionnés sont activés à faible dose afin de rétablir cet équilibre. Les drogues psychédéliques qui ciblent de manière sélective le récepteur 5-HT2A, par exemple, pourraient être utilisées à des fins thérapeutiques sous surveillance médicale et dans des contextes d’apprentissage définis afin de compenser à long terme les déséquilibres anormaux dans l’activation des récepteurs.
L'intelligence artificielle rencontre la neurobiologie
Pour mieux comprendre les interactions complexes entre les différents types de cellules et les récepteurs dans le cerveau, les chercheurs ont utilisé des modèles informatiques qui simplifient les caractéristiques clés des circuits neuronaux. Ils ont testé l’hypothèse selon laquelle le récepteur ne présente les effets observés que lorsqu’il est activé simultanément dans les cellules nerveuses inhibitrices et excitatrices. Cette hypothèse a été confirmée par leur modèle. Le groupe de recherche dirigé par le professeur Sen Cheng a découvert dans ses simulations que seule l’activation simultanée du récepteur dans les cellules inhibitrices et excitatrices conduit à des interactions de réseau qui reproduisent les résultats expérimentaux.
