Un défi clé des neurosciences est de comprendre comment le cerveau peut s’adapter à un monde en mutation, même avec une anatomie relativement statique. La façon dont les zones du cerveau sont structurellement et fonctionnellement liées les unes aux autres – sa connectivité – est un élément clé. Afin d’expliquer sa dynamique et ses fonctions, nous devons également ajouter une autre pièce au puzzle : les récepteurs. Maintenant, une nouvelle cartographie par des chercheurs du Human Brain Project (HBP) du Forschungszentrum Jülich (Allemagne) et de la Heinrich-Heine-University Düsseldorf (Allemagne), en collaboration avec des scientifiques de l’Université de Bristol (Royaume-Uni), de l’Université de New York (États-Unis) , Child Mind Institute (États-Unis) et l’Université de Paris Cité (France) ont fait progresser notre compréhension de la distribution des récepteurs dans le cerveau.
Les conclusions ont été publiées dans Neurosciences naturelleset les données sont désormais librement accessibles à la communauté neuroscientifique via l’infrastructure EBRAINS du HBP.
L’équipe HBP a utilisé l’autoradiographie pour analyser la densité des récepteurs des neurotransmetteurs sur des in vitro coupes du cerveau. Ils ont mesuré la densité de 14 types de récepteurs de neurotransmetteurs dans 109 zones du cortex du macaque et ces données ont été intégrées à plusieurs paramètres structurels dans des modèles de neuroimagerie.
Récepteurs de neurotransmetteurs
Les récepteurs sont des molécules clés dans la transmission des signaux dans le cerveau. Au sein d’un neurone, la transmission d’informations se fait via des signaux électriques le long de l’axone. Mais le transfert d’informations entre neurones nécessite généralement la libération de molécules appelées neurotransmetteurs dans l’espace extracellulaire et leur liaison aux récepteurs du neurone cible.
Les chercheurs du HBP ont découvert un gradient primaire et un gradient secondaire d’expression des récepteurs par neurone. En d’autres termes, ils ont cartographié les densités de récepteurs à travers le cortex et ont pu identifier deux arrangements principaux, mettant en lumière les liens entre l’organisation moléculaire et neuronale du cortex.
Ces deux axes majeurs de l’organisation des récepteurs dans le cortex du macaque s’alignent sur deux systèmes fonctionnels différents, à savoir les réseaux sensoriel-cognitif et externe-interne de la cognition. C’est la première fois qu’une telle association est décrite. »
Nicola Palomero-Gallagher, chercheur au Forschungszentrum Jülich et auteur principal de l’article
Intégrer des cartes
Dans leur étude, les chercheurs ont intégré les nouvelles données sur les récepteurs de neurotransmetteurs avec plusieurs couches de données anatomiques et fonctionnelles sur un espace cortical commun au sein de la surface corticale de Yerkes19, un modèle de primate non humain fréquemment utilisé. Peu d’études à ce jour avaient intégré in vitro anatomie et in vivo Imagerie du cerveau du macaque. La création de cartes librement accessibles de l’expression des récepteurs à travers le cortex qui intègrent des données de neuroimagerie, comme ce qui a été fait par l’équipe HBP, pourrait accélérer la traduction entre les espèces.
« Il est mis gratuitement à la disposition de la communauté neuroscientifique afin qu’ils puissent être utilisés par d’autres neuroscientifiques computationnels visant à créer d’autres modèles biologiquement informés », a déclaré Palomero-Gallagher.
Une partie des données générées pour cette étude a déjà été implémentée dans un modèle informatique de la façon dont la dopamine transmet les informations dans le réseau de mémoire de travail frontopariétal.
