Les scientifiques du MPFI ont découvert comment deux zones du cerveau travaillent ensemble comme un sablier pour contrôler de manière flexible la synchronisation des mouvements.
Sommaire
Principales conclusions
- Le sablier du cerveau: Le cortex moteur et le striatum fonctionnent ensemble comme un sablier pour mesurer le temps pour un mouvement précis et coordonné.
- Pause et retour en arrière: Le fait de faire taire temporairement l'activité neuronale dans le cortex moteur a mis en pause le chronomètre du cerveau, tandis que le fait de faire taire le striatum a rembobiné le chronomètre.
- Des impacts plus larges: Ces résultats révèlent comment le cerveau garde le temps pour coordonner les mouvements, ce qui pourrait un jour être exploité pour restaurer le mouvement dans des troubles comme la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington.
Qu'il s'agisse de parler ou de balancer une batte, un timing précis et adaptable des mouvements est essentiel pour le comportement quotidien. Bien que nous n’ayons pas d’organes sensoriels comme des yeux ou un nez pour détecter le temps, nous pouvons garder le temps et contrôler le timing de nos actions. Une telle précision du timing dépend d’un minuteur dans le cerveau, mais la façon dont le cerveau met en œuvre ce minuteur était auparavant inconnue. Dans une recherche publiée cette semaine dans Nature, les scientifiques du MPFI Zidan Yang, Hidehiko Inagaki et leurs collègues révèlent comment cette minuterie fonctionne grâce à l'interaction de deux régions du cerveau : le cortex moteur et le striatum. Ensemble, ces zones suivent le passage du temps à la manière d’un sablier.
À la découverte du sablier du cerveau
Des études antérieures sur la façon dont le cerveau pourrait chronométrer les mouvements ont mis en évidence à la fois le cortex moteur et le striatum comme régions clés du cerveau. Ces régions présentent des schémas d'activité neuronale cohérents avec les fonctions de synchronisation et provoquent des déficits de synchronisation des mouvements lorsqu'elles sont endommagées dans des maladies telles que la maladie de Parkinson et la maladie de Huntington.
Nous avons compris qu'il y avait une minuterie réglable dans le cerveau, mais nous ne savions pas comment le cerveau mettait en œuvre cette minuterie et quel était le rôle spécifique de chaque région du cerveau. Nous voulions comprendre précisément comment le cerveau garde le temps, car il s’agit d’une fonction essentielle pour nos activités quotidiennes. »
Dr Zidan Yang, scientifique principal de l'étude
Pour y parvenir, les scientifiques ont entraîné des souris à recevoir une friandise en léchant un bec à un moment précis, par exemple après 1 seconde. Au cours de cette tâche, les chercheurs ont enregistré l’activité de milliers de neurones dans le cortex moteur et le striatum pour mesurer leurs schémas temporels. Pour comprendre comment le minuteur du cerveau pourrait fonctionner, les scientifiques ont combiné ces mesures avec une technique appelée optogénétique, qui leur a permis de faire taire temporairement l'activité d'une zone du cerveau avec des éclairs de lumière et de mesurer les changements résultants dans les schémas liés au timing dans l'autre zone.
« En combinant des enregistrements neuronaux avec de brefs changements dans l'activité de régions spécifiques du cerveau, nous avons pu identifier le rôle que chaque région jouait dans la minuterie interne du cerveau. Nous avons réalisé que ces régions cérébrales travaillent ensemble pour suivre le temps, mais jouent des rôles uniques – semblables au haut et au bas d'un sablier », a décrit le Dr Yang.
Mettre en pause et rembobiner le minuteur
Les chercheurs ont découvert que le cortex moteur est comme le sommet du sablier, envoyant des flux de signaux neuronaux au striatum. Dans le striatum, ces signaux s’accumulent au fil du temps, tout comme le sable au fond du sablier. Une fois que le signal atteint un certain niveau, le mouvement est déclenché.
Lorsque les chercheurs ont temporairement réduit au silence le cortex moteur, celui-ci a interrompu le flux de ces signaux comme s’ils pinçaient le col du sablier pour arrêter le flux de sable. Cela a interrompu l'accumulation d'activité dans le striatum et retardé le moment où la souris léchait la friandise, comme si le temps lui-même avait été interrompu.
D’un autre côté, lorsque les chercheurs ont réduit le striatum au silence, les signaux de synchronisation ont été réinitialisés comme si le sablier avait été retourné pour redémarrer le chronomètre. Cela a encore retardé le léchage de la souris, comme si le temps avait été remonté.
Des impacts plus larges
Les découvertes de l'équipe marquent une avancée significative dans la compréhension de la manière dont l'activité neuronale dans ces deux domaines interagit pour coordonner le calendrier des actions. Le Dr Hidehiko Inagaki, chef du groupe de recherche MPFI et auteur principal de l'étude, décrit son objectif ultime : « Le cortex moteur et le striatum sont les deux zones cérébrales clés qui contrôlent nos mouvements et sont endommagés dans de nombreux troubles moteurs.
