À l’aide d’un modèle de souris, les chercheurs ont découvert un nouveau rythme quotidien dans un type de synapse qui freine l’activité cérébrale. Connues sous le nom de synapses inhibitrices, ces connexions neuronales sont rééquilibrées afin que nous puissions consolider de nouvelles informations dans des souvenirs durables pendant le sommeil. Les conclusions, publiées dans PLOS Biologie, peuvent aider à expliquer comment de subtils changements synaptiques améliorent la mémoire chez l’homme. L’étude a été menée par des chercheurs du National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS), qui fait partie des National Institutes of Health.
L’inhibition est importante pour tous les aspects de la fonction cérébrale. Mais depuis plus de deux décennies, la plupart des études sur le sommeil se sont concentrées sur la compréhension des synapses excitatrices. Il s’agit de la première étude visant à comprendre comment le sommeil et l’éveil régulent les synapses inhibitrices. »
Dr Wei Lu, chercheur principal au NINDS
Dans l’étude, Kunwei Wu, Ph.D., stagiaire postdoctoral dans le laboratoire du Dr Lu, a examiné ce qui se passe au niveau des synapses inhibitrices pendant le sommeil et l’éveil chez la souris. Les enregistrements électriques des neurones de l’hippocampe, une région du cerveau importante pour la formation de la mémoire, ont montré un schéma d’activité jusque-là inapprécié. Pendant l’éveil, l’activité inhibitrice « tonique » constante a augmenté, tandis que l’inhibition « phasique » rapide a diminué. Ils ont également trouvé une amélioration beaucoup plus importante, dépendante de l’activité, des réponses électriques inhibitrices dans les neurones de souris éveillées, ce qui suggère que l’éveil, mais pas le sommeil, pourrait renforcer davantage ces synapses.
Les neurones inhibiteurs utilisent le neurotransmetteur acide gamma-aminobutyrique (GABA) pour diminuer l’activité du système nerveux. Au niveau des synapses inhibitrices, ces neurones libèrent des molécules de GABA dans la fente synaptique, l’espace entre les neurones où les neurotransmetteurs diffusent. Les molécules se lient au GABA de type A (GABAUN) récepteurs à la surface des neurones excitateurs voisins, les rendant moins susceptibles de se déclencher.
D’autres expériences ont montré que les changements synaptiques pendant l’éveil étaient entraînés par un nombre accru de α5-GABAUN récepteurs. Lorsque les récepteurs ont été bloqués chez des souris éveillées, l’amélioration dépendante de l’activité des réponses électriques phasiques a diminué. Ceci suggère que l’accumulation de GABAUN les récepteurs pendant l’éveil peuvent être la clé de la construction de synapses inhibitrices plus fortes et plus efficaces, un processus fondamental connu sous le nom de plasticité synaptique.
« Lorsque vous apprenez de nouvelles informations pendant la journée, les neurones sont bombardés de signaux excitateurs provenant du cortex et de nombreuses autres zones du cerveau. Pour transformer ces informations en mémoire, vous devez d’abord les réguler et les affiner. C’est là que l’inhibition entre en jeu. « , a déclaré le Dr Lu.
Des études antérieures ont montré que les changements synaptiques dans l’hippocampe peuvent être entraînés par des signaux provenant d’interneurones inhibiteurs, un type particulier de cellule qui ne comprend qu’environ 10 à 20 % des neurones du cerveau. Il existe plus de 20 sous-types différents d’interneurones dans l’hippocampe, mais des études récentes ont mis en évidence deux types, connus sous le nom de parvalbumine et de somatostatine, qui sont impliqués de manière critique dans la régulation des synapses.
Pour identifier quel interneurone était responsable de la plasticité observée, l’équipe du Dr Lu a utilisé l’optogénétique, une technique qui utilise la lumière pour allumer ou éteindre les cellules, et a découvert que l’éveil conduisait à plus de α5-GABA.UN récepteurs et connexions plus fortes de la parvalbumine, mais pas de la somatostatine, des interneurones.
Les humains et les souris partagent des circuits neuronaux similaires qui sous-tendent le stockage de la mémoire et d’autres processus cognitifs essentiels. Ce mécanisme peut être un moyen pour les entrées inhibitrices de contrôler avec précision le flux et le reflux d’informations entre les neurones et à travers des réseaux cérébraux entiers.
« L’inhibition est en fait assez puissante car elle permet au cerveau de fonctionner de manière précise, ce qui sous-tend essentiellement toute cognition », a déclaré le Dr Lu.
Parce que l’inhibition est essentielle pour presque tous les aspects de la fonction cérébrale, cette étude pourrait contribuer à aider les scientifiques à comprendre non seulement les cycles veille-sommeil, mais aussi les troubles neurologiques enracinés dans des rythmes cérébraux anormaux, tels que l’épilepsie.
À l’avenir, le groupe du Dr Lu prévoit d’explorer la base moléculaire du GABAUN trafic des récepteurs vers les synapses inhibitrices.
Cette étude a été financée en partie par le programme de recherche intra-muros du NINDS.
