L'étude offre des informations fondamentales sur les sous-réseaux sensoriels thalamiques

Revue par Emily Henderson, B.Sc.23 juil 2020

Le thalamus est une « Grand Central Station » pour les informations sensorielles qui arrivent à notre cerveau. Presque chaque vue, son, goût et toucher que nous percevons se déplace vers le cortex de notre cerveau via le thalamus. Il est théorisé que le thalamus joue un rôle majeur dans la conscience elle-même. Non seulement les informations sensorielles traversent le thalamus, mais elles sont également traitées et transformées par le thalamus afin que notre cortex puisse mieux comprendre et interpréter ces signaux du monde qui nous entoure.

Un type puissant de transformation provient des interactions entre les neurones excitateurs qui transportent des données vers le néocortex et les neurones inhibiteurs du noyau réticulaire thalamique, ou TRN, qui régulent le flux de ces données. Bien que le TRN soit reconnu depuis longtemps comme important, on en sait beaucoup moins sur les types de cellules du TRN, leur organisation et leur fonctionnement.

Maintenant un article publié dans la revue La nature répond à ces questions. Les chercheurs dirigés par l'auteur correspondant Scott Cruikshank, Ph.D., et les co-auteurs Rosa I.Martinez-Garcia, Ph.D., Bettina Voelcker, Ph.D., et Barry Connors, Ph.D., montrent que le somatosensoriel une partie du TRN est divisée en deux sous-circuits fonctionnellement distincts. Chacun a ses propres types de neurones génétiquement définis qui sont topographiquement séparés, sont physiologiquement distincts et se connectent réciproquement avec des noyaux thalamocorticaux indépendants via des synapses dynamiquement divergentes.

Ces résultats fournissent des informations fondamentales sur la façon dont les sous-réseaux de neurones TRN peuvent traiter de manière différentielle des classes distinctes d'informations thalamiques », a déclaré Cruikshank. fonctions de ces sous-circuits TRN. Un objectif à long terme pour beaucoup d'entre nous travaillant dans ce domaine est d'apprendre comment le TRN orchestre le flux d'informations vers et depuis le néocortex, en guidant l'attention sur les stimuli importants et en supprimant les distractions. Si une telle compréhension est finalement réalisée, cela pourrait aider à clarifier comment la conscience est perdue pendant une forme d'épilepsie – l'épilepsie d'absence – qui implique de manière critique le TRN. « 

Scott Cruikshank, Ph.D., auteur correspondant

Cruikshank est professeur adjoint à l'Université de l'Alabama au département de neurobiologie de Birmingham. Le travail expérimental a été effectué à l'Université Brown, Providence, Rhode Island, où Cruikshank était professeur de recherche avant de rejoindre l'UAB en novembre dernier.

Dans certains des détails de l'étude, les chercheurs ont d'abord découvert que le TRN somatosensoriel avait deux ensembles de neurones. Dans un noyau central du TRN se trouvent des neurones qui expriment la protéine de calbindine et l'ARNm. Ce noyau est entouré d'une coquille de neurones qui expriment la protéine de somatostatine et l'ARNm.

Il existe également deux noyaux thalamocorticaux somatosensoriels – c'est-à-dire des noyaux qui transmettent des informations sensorielles du thalamus au néocortex. L'un est le noyau postérieur ventral de premier ordre, ou VP, et l'autre est le noyau thalamique médial postérieur d'ordre supérieur, ou POM. Ces deux noyaux envoient des informations distinctes à différentes cibles néocorticales, et envoient également des axones collatéraux au TRN. Ainsi, les chercheurs ont cherché à clarifier l'organisation de ces circuits, en se concentrant sur la façon dont les noyaux thalamocorticaux de premier ordre et d'ordre supérieur communiquent avec les deux sous-types de neurones TRN. « C'est essentiel pour comprendre le traitement de l'information thalamique », a déclaré Cruikshank.

Cruikshank et ses collègues ont utilisé une méthode de traçage antérograde de la protéine fluorescente jaune channelrhodopsin provenant du VP ou du POM pour cartographier leurs entrées au TRN. Ils ont trouvé une ségrégation anatomique stricte des projections qui s'alignait sur la ségrégation des types de cellules TRN – les axones VP établissaient de fortes connexions synaptiques avec les cellules de la zone centrale riche en calbindine du TRN; Axones POM synchronisés avec des cellules le long des bords denses en somatostatine. Les projections séparées étaient en grande partie réciproques – c'est-à-dire que les deux types de cellules TRN inhibaient principalement les mêmes noyaux thalamocorticaux qui les dirigeaient.

Les chercheurs ont en outre montré que les sous-circuits TRN avaient des mécanismes physiologiques fonctionnellement différents qui conduisent à un traitement distinct. « Nos expériences ont révélé que les cellules centrales et de bord transforment de manière différentielle leurs entrées thalamiques excitatrices natives en sorties de pointe distinctes grâce à des différences dans la dynamique de leurs entrées synaptiques et leur éclatement intrinsèque », a déclaré Cruikshank. « Nous avons été intrigués par le fait que les modèles de réponse TRN semblaient correspondre aux types d'informations véhiculées dans les deux sous-circuits. Les cellules centrales primaires présentaient des pics puissants mais transitoires – idéaux pour traiter des événements sensoriels discrets. Les réponses des cellules de bord étaient plus stables et soutenu – cohérent avec les signaux d'ordre supérieur distribués dans le temps et intégrés à partir de sources multiples

Lorsque les chercheurs ont examiné le TRN visuel, ils ont trouvé des sous-circuits similaires au TRN somatosensoriel. Ceci, à son tour, suggère, disent les chercheurs, qu'un noyau central primaire – flanqué de neurones de bord d'ordre supérieur – peut être un motif TRN répandu.

Les résultats remettent en question une hypothèse de longue date sur la façon dont TRN met en œuvre son rôle de gardien du flux d'informations. « Il a été proposé que la diaphonie inhibitrice entre des circuits thalamiques distincts puisse leur permettre de se réguler localement », a déclaré Cruikshank. « Cependant, la ségrégation nette et réciproque des sous-circuits que nous avons observée suggère que la diaphonie intrathalamique peut jouer un rôle mineur, et peut-être devrions-nous nous tourner vers d'autres mécanismes de régulation intersystème. »

« Ce travail de Scott Cruikshank sépare un sac de cellules nerveuses par ailleurs confus en sous-circuits élégants servant des fonctions distinctes avec des propriétés et des projections distinctes », a déclaré Craig Powell, M.D., Ph.D., président de neurobiologie à l'UAB. « Les résultats nous aident à mieux comprendre comment différents types d'entrées sensorielles sont traités par le cerveau. Le TRN est une région cérébrale clé responsable des crises de début de l'enfance appelées crises d'absence, donc ce travail peut aider à identifier de nouvelles thérapies pour cette épilepsie infantile qui est courante. dans les troubles neurodéveloppementaux et est un centre d'intérêt du Civitan International Research Center à l'UAB. «