Ces travaux du Georgia Institute of Technology comparent un tir de neurones à un roulement de tambour ou de percussions, avec un signal à répétition et à un crash de cymbale ou une forte impulsion qui va stimuler les neurones voisins. L’étude révèle ainsi des schémas de signalisation beaucoup plus longs qu’on ne le pensait jusqu’ici, qui peuvent durer pendant des centaines de millisecondes, voire près d'une seconde. Ces nouvelles données présentées dans le Journal of Neuroscience apportent une nouvelle compréhension du fonctionnement complexe mais très coordonné de nos neurones, avec des schémas d’activité probablement très spécifiques aux différentes fonctions neuronales.
Le Pr Annabelle Singer, auteur principal de l’étude, résume : « Nous pensions que les neurones envoyaient des décharges aux neurones voisins durant quelques millisecondes (soit 100 à 300 ms), mais nous constatons des motifs répétitifs de décharges avec des impulsions de pointe qui peuvent durer pendant des centaines de millisecondes, voire près d'une seconde ». C'est à peu près le délai d’un battement de cœur complet : un neurone met environ le même temps pour d’un « vrombissement » ou de volumineuses fluctuations de son potentiel électrique, déclencher sa décharge. Ces décharges étant de grands signaux électriques qui communiquent avec les neurones voisins. Et prises ensemble, ces décharges dans le cerveau nous permettent de marcher, parler et vivre … expliquent les chercheurs.
Du tambour à la cymbale : l’étude menée in vivo sur des souris éveillées a observé et tenté de modéliser ces caractéristiques des décharges neuronale (ou tirs). Les chercheurs ont pu enregistrer, grâce à un « patch clamp », les activités de neurones individuels dans l'hippocampe, une zone profonde du cerveau. Cette aiguille en verre creuse d'un micron de diamètre se verrouille sur un seul neurone par aspiration et peut ainsi mesurer son activité électrique. Les chercheurs ont observé des grondements électriques, similaires à un roulement de tambour puis des pics, symbolisés ici par un crash de cymbale. Ces pics, répétés, aux mêmes sites et avec une grande précision, n’interviennent pas au hasard et les scientifiques suggèrent des schémas spécifiques aux différentes fonctions cognitives.
D’un neurone à l’autre : quand un neurone déclenche un pic ou décharge, cette impulsion électrique atteint les neurones voisins qui déclenchent à leur tour les grondements ou roulements de tambour jusqu'à émettre à leur tour une décharge. « Les modèles que nous avons observés dans un neurone étaient entraînés par d'autres neurones qui « tiraient » comme toute une section à petites rafales courtes ».
Des tirs de neurones soudainement organisés de manière concertée : ainsi, de nombreux neurones se comportent de façon spastique jusqu'à se mettre au travail, puis tirent brusquement en groupe à l'unisson. « Une activité bien organisée et que nous devons chercher à comprendre » : d’autres recherches seront nécessaires pour savoir quel rôle les modèles de décharges observés peuvent jouer.
Source: The Journal of Neuroscience 26 December 2017 DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1519-17.2017 Evidence for long-timescale patterns of synaptic inputs in CA1 of awake behaving mice (Visuel National Institute on Aging/National Institutes of Health)
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