Dans une étude récente publiée dans Progrès scientifiquesun groupe de chercheurs a évalué si le diamètre de la tête de l'épine dendritique dans le cortex temporal est un meilleur prédicteur des performances de la mémoire épisodique chez les personnes âgées que la quantité de synapses, en tenant compte des plaques β-amyloïdes (Aβ) (amas de fragments de protéines dans le cerveau), des enchevêtrements neurofibrillaires (NFT) (fibres protéiques torsadées à l'intérieur des cellules cérébrales) et du sexe.
Sommaire
Arrière-plan
La mémoire épisodique, essentielle pour se souvenir d'expériences personnelles, décline avec l'âge et les maladies neurodégénératives, notamment en raison de lésions du cortex temporal. Les épines dendritiques, compartiments postsynaptiques clés du cerveau, influencent la force des synapses et sont cruciales pour la mémoire. La perte d'épines se produit naturellement avec le vieillissement, en particulier dans les régions vitales pour la mémoire, et est plus fortement associée à une altération de la mémoire dans la maladie d'Alzheimer (MA) (un trouble cérébral progressif entraînant une perte de mémoire) que les plaques Aβ ou les NFT.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour clarifier comment les caractéristiques spécifiques des épines dendritiques contribuent à la fonction de mémoire dans le vieillissement au-delà des effets de la perte naturelle des épines et des pathologies neurodégénératives courantes.
À propos de l'étude
Des échantillons post-mortem des zones cérébrales Brodmann area (BA) 6 et BA37 ont été obtenus auprès de participants à l'étude des ordres religieux et au projet Rush Memory and Aging (ROSMAP), qui comprend des personnes qui s'inscrivent sans démence connue et acceptent des évaluations cliniques annuelles et un don de cerveau à leur décès.
L'étude a été approuvée par un comité d'examen institutionnel du Rush University Medical Center. Tous les participants ont donné leur consentement éclairé, notamment pour le don de cerveau et le partage de leurs ressources. Les échantillons analysés dans cette étude couvraient une gamme de pathologies cérébrales et de scores cognitifs, avec des échantillons de tissus congelés de taille appropriée disponibles pour les expériences.
Les tests cognitifs des participants à ROSMAP comprenaient des évaluations de la mémoire épisodique, de la vitesse de perception, de la capacité visuospatiale, de la mémoire sémantique et de la mémoire de travail, avec des scores composites calculés pour chaque domaine. De plus, le Mini-Mental State Examination (MMSE) a été administré et des diagnostics cliniques de trouble dépressif majeur ont été établis sur la base de critères établis.
Les épines dendritiques et les marqueurs synaptiques ont été visualisés à l'aide de la coloration de Golgi-Cox d'échantillons cérébraux de BA6 et BA37. L'imagerie des dendrites a été réalisée par un expérimentateur en aveugle à l'aide d'une microscopie à champ clair à fort grossissement. Les segments dendritiques répondant à des critères spécifiques ont été sélectionnés pour analyse et des reconstructions numériques 3D des dendrites et des épines ont été réalisées à l'aide d'un logiciel spécialisé. La morphologie des épines a été classée en différentes catégories et des mesures quantitatives ont été collectées pour analyse. Au total, 45 763 μm de longueur de dendrite provenant de 2 157 neurones ont été analysés, ce qui a permis d'obtenir des données sur 55 521 épines individuelles.
Les analyses statistiques ont nécessité une approche en plusieurs étapes pour valider la généralisabilité des résultats. Les caractéristiques de la colonne vertébrale dendritique ont été analysées à l'aide de la régression LASSO (Least Absolute Shrinkage and Selection Operator) pour identifier les caractéristiques qui contribuaient le plus significativement aux performances de la mémoire épisodique chez les personnes âgées. Des techniques de validation croisée ont assuré l'exactitude du modèle et les résultats ont été reproduits dans un échantillon indépendant. Des corrélations de Spearman ont été utilisées pour explorer les relations entre les caractéristiques de la colonne vertébrale dendritique, la pathologie et les scores de mémoire, avec des comparaisons multiples contrôlées à l'aide d'un taux de fausses découvertes approprié.
Résultats de l'étude
Des épines dendritiques ont été échantillonnées et analysées à partir des cortex frontaux et temporaux de 128 individus de l'étude ROSMAP. Ces échantillons post-mortem ont été prélevés sur BA6 dans le cortex prémoteur et BA37 dans le cortex temporal. Les participants, dont l'âge moyen était de 90,53 ± 6,06 ans, présentaient des scores de performance cognitive et des niveaux de neuropathologie liés à la MA variables. À l'aide d'une microscopie à champ clair, la densité et la morphologie des épines dendritiques dans les tranches de tissu BA37 et BA6 ont été imagées à un grossissement de 60X et reconstruites en trois dimensions. Les données ont ensuite été analysées pour déterminer la relation entre les caractéristiques des épines dendritiques et les performances de la mémoire épisodique.
Les ensembles de données de BA37 et BA6 ont été soumis à un algorithme d'apprentissage supervisé pour identifier des caractéristiques spécifiques des épines dendritiques qui pourraient prédire les performances de la mémoire épisodique au-delà des effets d'autres variables, telles que la neuropathologie liée à la maladie d'Alzheimer. Les échantillons ont été divisés en un ensemble de découverte (n = 63) et un ensemble de validation (n = 62), trois cas étant exclus en raison de données manquantes. Une régression LASSO a été effectuée sur l'ensemble de découverte pour identifier les caractéristiques des épines dendritiques les plus fortement associées à la fonction de mémoire épisodique. L'analyse a révélé que le diamètre de la tête de la colonne vertébrale dans BA37 était le prédicteur le plus significatif des performances de la mémoire épisodique.
Les résultats ont été validés à l'aide d'une validation croisée de modèles imbriqués dans l'ensemble de réplication, confirmant que les modèles incluant le diamètre de la tête de la colonne vertébrale, ainsi que les NFT, les plaques névritiques Aβ et le sexe, fournissaient la meilleure prédiction de la mémoire épisodique. La suppression de la longueur, de la densité et du volume de la colonne vertébrale du modèle a encore amélioré sa précision, soulignant l'importance du diamètre de la tête de la colonne vertébrale dans le cortex temporal pour la fonction de mémoire.
À l’inverse, la régression LASSO sur l’ensemble de données BA6 a identifié la longueur de la colonne vertébrale comme le meilleur prédicteur des performances de la mémoire épisodique, bien que son association soit plus faible par rapport au diamètre de la tête de la colonne vertébrale BA37. Les modèles intégrant les caractéristiques de la colonne vertébrale BA6 n’ont pas eu d’aussi bons résultats, ce qui indique que la contribution du diamètre de la tête de la colonne vertébrale aux performances de la mémoire est spécifique au cortex temporal BA37.
Une analyse plus approfondie a montré une corrélation positive significative entre le diamètre de la tête de la colonne vertébrale BA37 et le score de mémoire épisodique, même après avoir contrôlé les comparaisons multiples. En revanche, la densité de la colonne vertébrale BA37 n'était pas significativement corrélée aux scores cognitifs ou à la pathologie liée à la maladie d'Alzheimer, et aucune corrélation significative n'a été trouvée entre les caractéristiques de la colonne vertébrale BA6 et les mesures de cognition ou de pathologie.
Conclusions
En résumé, en utilisant des échantillons de tissus de 128 participants à ROSMAP, l'analyse a révélé que des diamètres plus grands de la tête des épines dendritiques dans le cortex temporal étaient associés à de meilleures performances de mémoire épisodique, tandis que la densité des épines n'a montré aucun effet significatif. Ces résultats suggèrent que la force synaptique, plutôt que le nombre de synapses, est cruciale pour le maintien de la mémoire chez les personnes âgées, avec des implications pour les stratégies thérapeutiques ciblées dans la MA préclinique.
