Des chercheurs développent un modèle de mouche pour comprendre les principes des circuits neuronaux

Les animaux ont une préférence innée pour certains parfums et goûts. Les parfums attrayants sont liés à des choses comme la bonne nourriture.

Des parfums moins attrayants – celui de la nourriture avariée, par exemple – donnent instinctivement à l'animal un signal qui dit: « Il pourrait y avoir du danger ici! » En ce qui concerne le goût, tous les animaux ont des préférences similaires: les sucres et les graisses sont perçus positivement, tandis qu'un goût amer est perçu plutôt négativement.

Afin de pouvoir faire de telles évaluations, nous avons besoin de signaux dans le cerveau qui nous disent « C'est bien » ou « C'est mauvais ». Le système dopaminergique du cerveau, mieux connu sous le nom de système de récompense, joue un rôle important dans ces évaluations.

Comprendre ce qui se passe dans le cerveau

Les neurones qui produisent de la dopamine, connus sous le nom de neurones dopaminergiques, jouent un rôle dans diverses maladies, allant du comportement addictif et de l'obésité à la maladie de Parkinson.

Dans la dépendance ou l'obésité, les signaux du système de récompense peuvent être trop forts ou trop faibles. Dans la maladie de Parkinson, les neurones dopaminergiques dégénèrent, ce qui affecte le contrôle des fonctions motrices.

Pour en savoir plus sur les processus cérébraux, la recherche fondamentale est essentielle

Ilona Grunwald Kadow, professeur de contrôle neuronal du métabolisme à la TUM School of Life Sciences à Weihenstephan, et son équipe mènent des recherches sur la mouche Drosophila melanogaster.

Les neuroscientifiques utilisent souvent cette mouche comme modèle parce que ses réseaux neuronaux sont beaucoup plus simples que ceux des humains.

En utilisant des astuces génétiques, les scientifiques peuvent activer et désactiver des composants de réseau individuels ou les modifier.

Cela permet aux chercheurs de comprendre les principes des circuits neuronaux qui sous-tendent les fonctions de cerveaux plus complexes.

« La dopamine joue un rôle très similaire dans le cerveau des humains et des insectes », explique le scientifique.

Clarifier davantage l'effet de la dopamine

La dopamine est l'un des signaux du cerveau les plus étudiés.

Il est impliqué à la fois dans les fonctions cognitives (par exemple, la motivation, le renforcement, le comportement axé sur les objectifs, le contrôle et le mouvement moteurs, la prise de décision et l'apprentissage) et les fonctions plus fondamentales (par exemple, la reproduction et les nausées).

La manière dont la dopamine contribue aux divers aspects de la fonctionnalité et du comportement du circuit neuronal est une question ouverte, mais on pense que les neurones dopaminergiques utilisent différents modèles d'activité pour envoyer un signal au cerveau sur ce dont le corps a besoin et qu'il ressent.

« Nous avons maintenant étudié plus en détail l'activité des neurones dopaminergiques », a déclaré Ilona Grunwald Kadow.

L'équipe a développé une méthode d'imagerie 3D personnalisée basée sur l'imagerie du calcium in vivo, car le calcium est un bon indicateur de l'activité neuronale.

Les neurones réagissent de manière flexible et individuelle

Grâce à cette méthode, l'équipe de recherche a pu montrer que l'activité d'un réseau de neurones dopaminergiques reflète à la fois les préférences innées pour l'odorat et le goût ainsi que l'état physiologique de l'organisme.

En plus des stimuli sensoriels tels que l'odorat ou le goût, les neurones dopaminergiques enregistrent également des informations indiquant si un organisme se déplace ou non.

Les neurones peuvent répondre à la fois aux états comportementaux internes et aux signaux externes, les rapprocher et les utiliser pour soutenir les processus cognitifs et moteurs.

Ce faisant, les neurones peuvent réagir de manière flexible et individuelle aux informations les plus importantes – comme l'odorat, le goût, mais aussi la faim ou ses propres mouvements. Ceci est important pour parvenir à une décision équilibrée, car un signal sensoriel externe peut parfois signifier quelque chose de bon ou de mauvais, selon l'état d'un organisme. « 

Ilona Grunwald Kadow, professeure, Département de contrôle neuronal du métabolisme, École des sciences de la vie TUM

Des résultats surprenants

Les chercheurs ont été surpris que les neurones dopaminergiques se comportent de manière très différente selon les animaux.

Les scientifiques pensent que cela pourrait expliquer les préférences individuelles et les différences de comportement entre les individus.

De plus, les chercheurs ont découvert que le mouvement de l'animal active non seulement ces neurones dopaminergiques, mais aussi d'autres zones du cerveau qui n'ont en réalité rien à voir avec le mouvement.

Cela fournit des points de départ pour de nouvelles recherches, par exemple quel rôle le mouvement joue en général lorsqu'il réagit à un stimulus environnemental.