Les chercheurs identifient des «  cellules sociales '' dans le cerveau liées au comportement social

Revue par Emily Henderson, B.Sc.1 octobre 2020

Une équipe de recherche dirigée par le professeur TAKUMI Toru de la Graduate School of Medicine de l'Université de Kobe (également chercheur principal invité au RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research) a identifié des «  cellules sociales '' dans le cerveau qui sont liées au comportement social. Les cellules ont été identifiées par imagerie au Ca réalisée à l'aide d'un microendoscope.

On s'attend à ce que de nouvelles recherches éclairent le réseau neuronal pour la prise de décision dans le comportement social.

Ces résultats de recherche ont été publiés dans la revue scientifique américaine «PLOS Biology» le 21 septembre.

Points principaux

• À l'aide d'un microendoscope, l'équipe de recherche a découvert des cellules sociales dans le cortex insulaire cérébral de souris liées au comportement social.
• Le cortex insulaire agit comme une interface entre les modules sociaux et émotionnels du «réseau de prise de décision sociale».
• On sait que le cortex insulaire est altéré dans divers troubles neuropsychiatriques tels que la schizophrénie et l'autisme. Les résultats de cette étude donnent un aperçu des fonctions sociales du cortex insulaire au niveau cellulaire

Fond de recherche

La distanciation sociale est l'une des méthodes approuvées pour prévenir l'infection généralisée du nouveau coronavirus. Il a été dit qu'une distance physique de 2 mètres est nécessaire pour empêcher la transmission du virus. Comment les distances entre les personnes, les échanges socialement distancés et les interactions sociétales sont-ils déterminés?

Ce type de comportement social est un modèle de comportement complexe composé d '«entrées sensorielles», d' «états internes» et de «prise de décision» qui couvrent les étapes allant du «traitement sensoriel» à la «modification du comportement». La séquence des schémas comportementaux commence par des individus utilisant des signaux sensoriels multimodaux (comme la vue, l'odorat, l'ouïe et le toucher) pour traiter les informations sur un autre individu.

Ces informations sont ensuite référencées par rapport aux états internes (sociaux) (tels que le motif, l'excitation, l'émotion, l'intéroception et la mémoire) et le comportement est décidé (par exemple, comportements d'investigation, d'accouplement, agressifs, nourriciers ou dominants).

Il est entendu que des régions du cerveau telles que l'amygdale, l'hypophyse, le mésencéphale et le cortex préfrontal sont impliquées dans le comportement social. Cependant, les réseaux de neurones détaillés de ces régions ne sont pas encore bien compris, en particulier au niveau cellulaire.

Des méthodes pour cartographier l'activité neuronale dans tout le cerveau ont été développées. Celles-ci incluent l'IRM fonctionnelle et la cartographie de l'expression de gènes précoces immédiats, tels que c-fos.

En outre, des régions spécifiques du réseau neuronal chez des souris en mouvement libre ont été surveillées par des méthodes comprenant la photométrie à fibre et l'imagerie au Ca réalisée à l'aide d'un microscope à fluorescence miniaturisé fixé à la tête du rongeur (comme dans cette étude), en plus des observations menées avec microscope à photons sur des souris avec leurs têtes fixées en place.

Méthodologie et résultats de la recherche

Une souris test a été placée dans une «cage domestique» et son comportement vis-à-vis d'une souris étrangère (avec laquelle elle n'avait jamais été en contact auparavant) ou d'un objet statique placé dans la même cage a été observé. La durée et la fréquence des interactions entre la souris de test et la souris étrangère étaient significativement supérieures aux interactions de la souris de test avec l'objet statique.

La souris test a démontré des comportements sociaux, y compris le contact avec le nez, le corps et l'anus de la souris étrangère.

L'équipe de recherche a injecté un indicateur de Ca (GCaMP) dans le cortex insulaire de souris à l'aide d'un vecteur viral adéno-associé. Ensuite, une lentille GRIN a été insérée dans le cortex insulaire agranulaire (AI). Cela a permis à l'équipe de recherche d'utiliser l'imagerie Ca réalisée via le microscope à fluorescence miniaturisé fixé à la tête de chaque souris pour enregistrer l'activité neuronale des souris en mouvement libre (figure 2A).

Les enregistrements cellulaires des cellules nerveuses (neurones) de neuf souris ont été analysés. Grâce à cette analyse, deux types de neurones ont été identifiés; Les cellules Social-ON, dont l'activation correspond aux interactions sociales, et les cellules Social-OFF, qui sont actives lorsqu'il n'y a pas d'interaction sociale. Sur un total de 737 neurones, les cellules Social-ON représentaient 22,8% (168 cellules) et les cellules Social OFF représentaient 1,4% (10 cellules).

Lorsque la souris de test était stationnaire pendant l'interaction sociale, 60,1% des 168 cellules Social-ON étaient actives. D'autre part, 7,1% étaient actifs lorsque la souris se déplaçait pendant l'interaction sociale. De plus, le pourcentage de cellules Social-ON actives chez la souris test était corrélé avec différents types de contact avec la souris étrangère (contact nez-à-nez: 35,7% des cellules Social-ON actives, contact avec le corps: 20,2%, et contact avec l'anus: 5,4%).

Ensuite, un test différent a été effectué où une souris a été placée dans une chambre rectangulaire, avec deux sections plus petites séparées (section A et B respectivement) à chaque extrémité (voir figure 3A). Pour l'expérience témoin, les sections A et B ont été laissées vides.

Pour la première expérience d'interaction, un objet statique a été placé dans la section A et une souris étrangère a été placée dans la section B.Pour le 2^nd L'interaction, les positions de l'objet et de la souris étrangère ont été inversées. Dans chaque expérience, le comportement de la souris test a été observé pendant 4 minutes et la différence de durée de l'interaction sociale (contact) a été étudiée pour chaque expérience.

Dans l'expérience de contrôle, il n'y avait aucune différence dans le temps passé entre les sections A et B. Cependant, dans les deux 1^st et 2^nd Expériences d'interaction, la souris de test avait un temps de contact plus long avec la section qui contenait la souris étrangère (1^st Interaction: Section B, 2^nd Interaction: Section A) (Figure 3B).

De plus, les chercheurs ont pu identifier des cellules Social-ON (qui ont répondu à la présence de la souris étrangère) et des cellules Social-OFF (actives pendant les périodes sans interaction sociale) grâce à l'analyse des neurones à l'intérieur de l'IA. Ces cellules ont réagi à la souris étrangère, qu'elle soit placée dans les sections A ou B.

De plus amples recherches

Le cortex insulaire est anatomiquement situé pour intégrer les signaux sociaux sensoriels multimodaux dans le «réseau de prise de décision sociale», qui comprend le «réseau de comportement social» et le système de récompense mésolimbique. Cette recherche a réussi à observer directement l'activité de l'IA au cours des interactions sociales au niveau d'une seule cellule, offrant un nouvel aperçu de la base cellulaire des fonctions sociales du cortex insulaire.

En d'autres termes, les chercheurs ont identifié un grand nombre de cellules Social-ON et un plus petit nombre de cellules Social-OFF qui ont démontré une activité opposée lors des interactions sociales. Des recherches plus poussées pour identifier et manipuler l'activité des cibles de projection des cellules Social-ON et Social-OFF devraient faire progresser notre compréhension de celles-ci au niveau des circuits.

De plus, cette découverte concernant les caractéristiques des neurones de l'IA implique que le cortex insulaire peut induire un processus ascendant en réponse à des stimuli saillants (stimuli sensoriels puissants). Ce résultat correspond aux connaissances accumulées jusqu'à présent sur la manière dont le cortex insulaire agit comme interface entre les modules sociaux et émotionnels dans le «réseau de prise de décision sociale».

De plus, il est connu que la structure et la fonction du cortex insulaire sont modifiées dans divers troubles neuropsychiatriques tels que la schizophrénie et l'autisme. Les résultats de cette étude donnent un aperçu des fonctions sociales du cortex insulaire au niveau cellulaire. Ensuite, une analyse plus approfondie sera effectuée à l'aide de modèles animaux de ces troubles neuropsychiatriques.