Une étude pourrait aider à déterminer les capacités motrices difficiles à récupérer après une lésion cérébrale traumatique

Après une lésion cérébrale traumatique, pourquoi certaines personnes retrouvent-elles rapidement leurs compétences alors que d'autres font face à des revers de longue durée? Le neuroscientifique de l'Université de Boston, Jerry Chen et ses collègues ont essayé de répondre à cette question en comprenant quelles parties du cerveau sont utilisées pour traiter les informations sensorielles et se souvenir des différentes compétences.

D'un point de vue biomédical, la question est de savoir si certaines parties du cerveau sont seules responsables de certains types de fonctions. « 

Jerry Chen, professeur adjoint, Département de biologie, Collège des arts et des sciences

Chen est également membre du corps professoral du Center for Systems Neuroscience de BU.

Les dernières recherches de son laboratoire, publiées dans Neuronepourrait éventuellement nous aider à déterminer quelles capacités sont particulièrement difficiles à récupérer après une lésion cérébrale traumatique – probablement parce que ces compétences ne sont représentées que dans une seule zone du cerveau – et lesquelles sont plus résistantes.

L'équipe de Chen a créé un jeu de mémoire pour les souris afin d'examiner la fonction de deux zones cérébrales qui traitent les informations sur la sensation de toucher et la mémoire des événements précédents – les zones du cerveau qu'elles appelaient S1 et S2.

Chen voulait voir si S1 et S2 traitaient tous les deux les mêmes informations (traitement distribué), ou si les zones avaient chacune des rôles spécialisés et indépendants (traitement localisé).

Les souris ont été présentées avec un jeu de mémoire qui a doucement stimulé leurs moustaches avec un appareil mobile. Pour les souris, le but du jeu était de reconnaître les mouvements des moustaches pour recevoir une récompense.

Tout d'abord, chaque souris a senti que l'appareil déplaçait ses moustaches vers l'avant ou vers l'arrière. Puis, après une pause de deux secondes, l'appareil a de nouveau déplacé leurs moustaches.

Si leurs moustaches ont été déplacées dans des directions opposées au cours des deux tours – par exemple, si l'appareil a déplacé les moustaches en premier, fait une pause, puis déplacé les moustaches vers l'arrière – les souris ont appris qu'elles pouvaient lécher une paille pour recevoir une boisson désaltérante .

D'un autre côté, si l'appareil déplaçait ses moustaches dans la même direction pendant les deux tours, les souris étaient censées s'abstenir de lécher.

Si les souris se trompaient, elles recevaient à la place une petite bouffée d'air et un temps mort avant de pouvoir reprendre le jeu.

Pendant ce temps, les chercheurs observaient l'activité cérébrale des souris tout au long du jeu et voyaient comment les zones S1 et S2 affectaient les compétences des souris.

Ils ont utilisé une technique appelée optogénétique, une méthode de génie génétique qui leur a permis d'activer sélectivement des groupes de cellules cérébrales dans les zones S1 ou S2 du cerveau des souris en utilisant la lumière.

Les chercheurs ont découvert que les zones S1 et S2 du cerveau des souris effectuent le même traitement, envoyant fréquemment des informations entre elles.

Mais ils ont également observé que les deux zones cérébrales remplissaient des rôles spécialisés pendant que les souris jouaient au jeu de mémoire.

S1 semble être plus impliqué dans le traitement des informations sensorielles immédiates, donnant un sens à la façon dont les moustaches des souris se déplacent en temps réel.

En revanche, S2 semble être particulièrement impliqué pour aider les souris à se souvenir des événements passés, les souris s'appuyant sur cette zone du cerveau pour se rappeler ce qui s'est passé au premier tour du jeu.

Chen dit que les résultats suggèrent que S1 et S2 sont câblés différemment, car les cellules cérébrales de S2 sont plus fortement connectées les unes aux autres que les cellules cérébrales à l'intérieur de S1. Chen spécule que ces liens plus forts sont liés au rôle de S2 dans le rappel du passé.

Lorsque les cellules du cerveau sont plus connectées, il peut être plus facile pour un signal de déclencher une chaîne de cellules et de déclencher une mémoire – un «effet domino» de l'activité neuronale.

Ensemble, les rôles de traitement localisé et distribué de S1 et S2 ont tous deux contribué à ce que les souris puissent jouer correctement au jeu et gagner une collation sucrée.

Bien que les humains n'aient pas de moustaches, les observations expérimentales de l'équipe pourraient représenter le même type d'informations sensorielles traitées par les mains humaines.

« Nous avons autant de sensibilité et de dextérité pour traiter les informations tactiles avec nos doigts qu'une souris avec ses moustaches », dit Chen.

« Donc, si nous devions étudier comment nous traitons les informations tactiles dans notre main et nos doigts, nous pourrions nous attendre à voir autant de puissance distribuée que nous le ferions (dans une souris), parce que c'est ce que nous avons évolué pour utiliser comme l'un des nos principaux sens. « 

Avant que ces découvertes puissent aider les humains souffrant d'une perte durable de leurs capacités motrices ou d'autres capacités après une lésion cérébrale traumatique, Chen dit qu'il y a encore beaucoup de recherches à faire.

« Un facteur à garder à l'esprit est qu'une souris a un cerveau plus petit (qu'un humain), et certaines de ces zones sont beaucoup plus entremêlées, de sorte que le traitement dans un cerveau de souris pourrait être plus distribué », dit-il.

Le volume d'un cerveau humain est tellement plus important que celui d'une souris, dit Chen, les humains pourraient avoir plus de régions qui effectuent un traitement localisé.

Ou, l'inverse pourrait également être vrai, dit-il: « Parce que (nous avons) un cerveau plus grand, il y a beaucoup plus de connexions, donc nous pourrions avoir autant de puissance distribuée qu'une souris – ou plus. »

La source:

Référence de la revue:

Condylis, C. et al. (2020) Traitement sensoriel dépendant du contexte à travers le cortex somatosensoriel primaire et secondaire. Neurone. doi.org/10.1016/j.neuron.2020.02.004.

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