Des chercheurs de l'Université du Texas à Austin mèneront un nouveau projet ambitieux avec 10 autres institutions américaines et partenaires mondiaux qui aura des implications importantes pour la compréhension de la santé du cerveau humain.
Avec le soutien du programme Next Generation Networks for Neuroscience (NeuroNex) de la National Science Foundation (NSF), l'équipe examinera les complexités nouvellement découvertes liées aux synapses – les minuscules structures qui forment des milliards de connexions entre les cellules nerveuses du cerveau et permettent nous devons penser, sentir, apprendre, agir et nous souvenir Le partenariat, qui comprend des scientifiques d'Allemagne, du Royaume-Uni et du Canada, espère explorer de nouvelles façons de définir ce qui détermine la force des synapses et ce qui altère leur force.
Traditionnellement, les synapses ont été traitées comme des interrupteurs marche / arrêt – essentiellement des machines 1 bit – mais cette hypothèse est fausse. Notre équipe a découvert que le contenu d'information stocké dans la taille d'une synapse peut être beaucoup plus élevé, déjà trouvé supérieur à 4 bits dans certaines régions du cerveau. Ce résultat signifie que les synapses sont moins comme des interrupteurs d'éclairage et plus comme des gradateurs qui peuvent composer la force souhaitée en fonction des besoins ou de l'humeur. «
Kristen Harris, professeur au département de neurosciences de l'UT et au Center for Learning and Memory, chef de projet
Parce que de nouvelles recherches ont révélé que les synapses sont beaucoup plus variées et nuancées que les neuroscientifiques ne le croyaient il y a cinq ans, le nouveau projet examinera de nombreux aspects de ce que l'on appelle le poids (ou la force) synaptique. L'équipe scientifique internationale explorera les variations entre les synapses, du niveau des molécules au niveau des circuits, afin de déterminer ce que les différences entre elles signifient pour notre compréhension de base du cerveau.
À l'aide d'approches multidisciplinaires, de technologies d'imagerie de pointe et de cyber-ressources, l'équipe de recherche générera des données pour prédire comment des circuits neuronaux spécifiques se forment et fonctionnent. Parce que des recherches récentes ont découvert le rôle important des différences dans la force synaptique, le nouveau projet explorera comment des facteurs tels que la taille, la connectivité, le volume, les ressources cellulaires et la composition des protéines aident à façonner ces structures de taille nanométrique et les effets que ces différences ont sur le cerveau.
«Il y a encore tellement de choses que nous ne savons pas sur le fonctionnement du cerveau, et l'une des clés pour percer ces mystères est d'en savoir plus sur des circuits neuronaux spécifiques», a déclaré Floh Thiels, directeur du programme NSF NeuroNex. «Cela nécessite de rassembler des chercheurs de domaines tels que la chimie, la biologie, l'informatique et l'ingénierie, et d'appliquer les dernières techniques d'analyse aux données qu'ils produisent. C'est un objectif pour les neuroscientifiques depuis des années, et ce que nous verrons de ce réseau de chercheurs est un nouveau chapitre de la collaboration et de la coordination internationales. «
Pour comparer et cartographier les poids synaptiques, l'équipe développe une nouvelle forme de microscopie électronique appelée tomoSEM (microscopie électronique à balayage tomographique), qui sera en mesure de capturer des informations en haute résolution et sur de grandes tailles de champ si nécessaire pour la recherche. Une fois terminé dans le laboratoire Harris, tomoSEM sera implémenté et testé dans les laboratoires de ce réseau NeuroNex, et finalement il sera normalisé pour une utilisation générale. Les images et les outils seront partagés avec la communauté scientifique sur un site Web public en collaboration avec le Texas Advanced Computing Center (TACC) de l'UT.
NSF a octroyé plus de 50 millions de dollars sur cinq ans à quatre équipes interdisciplinaires, dont 17,5 millions de dollars pour la composante américaine de l'équipe dirigée par Harris. Les collaborateurs sont Alice Ting de l'Université de Stanford; Mark Ellisman de l'Université de Californie à San Diego; Erik Jorgenson et Bryan Jones de l'Université de l'Utah; Clay Reid de l'Institut Allen pour la science du cerveau; Davi Bock de l'Université du Vermont; Narayanan Kasthuri à l'Université de Chicago; Linnaea Ostroff de l'Université du Connecticut à Storrs; Terrence Sejnowski et Uri Manor au Salk Institute for Biological Studies; Joshua Vogelstein de l'Université Johns Hopkins; et James Carson au TACC. De plus, Viren Jain de Google (États-Unis) participera à ce projet.
La source:
Université du Texas à Austin
