Un produit chimique cérébral aide les neurones à savoir quand commencer un mouvement

En lavant le cerveau, les neuromodulateurs « vous permettent de gouverner l’excitabilité d’une grande région du cerveau plus ou moins de la même manière ou en même temps », a déclaré Eve Marder, neuroscientifique à l’Université Brandeis largement reconnue pour ses études pionnières. sur les neuromodulateurs à la fin des années 1980. « Vous créez essentiellement soit un lavage de cerveau local, soit un lavage de cerveau plus étendu qui modifie l’état de nombreux réseaux simultanément. »

Les effets puissants des neuromodulateurs signifient que des niveaux anormaux de ces produits chimiques peuvent entraîner de nombreuses maladies humaines et troubles de l’humeur. Mais dans leurs niveaux optimaux, les neuromodulateurs sont comme des marionnettistes secrets tenant les ficelles du cerveau, façonnant sans cesse les circuits et transformant les modèles d’activité en ce qui peut être le plus adaptatif pour l’organisme, à chaque instant.

« Le système neuromodulateur [is] le piratage le plus brillant que vous puissiez imaginer », a déclaré Mac Shine, neurobiologiste à l’Université de Sydney. « Parce que ce que vous faites, c’est que vous envoyez un signal très, très diffus… mais les effets sont précis. »

Changer les états du cerveau

Au cours des dernières années, une rafale d’avancées technologiques a ouvert la voie aux neuroscientifiques pour aller au-delà des études sur les neuromodulateurs dans de petits circuits vers des études portant sur l’ensemble du cerveau en temps réel. Ils ont été rendus possibles par une nouvelle génération de capteurs qui modifient les récepteurs neuronaux métabotropiques, les faisant s’allumer lorsqu’un neuromodulateur spécifique se pose sur eux.

Le chercheur Yulong Li de l’Université de Pékin à Pékin a développé un certain nombre de capteurs qui font avancer les études sur les neuromodulateurs et leurs effets.Photo : Tianjun Zhao

Le laboratoire de Yulong Li à l’Université de Pékin à Pékin a développé plusieurs de ces capteurs, à commencer par le premier capteur pour le neuromodulateur acétylcholine en 2018. Le travail de l’équipe consiste à «exploiter la conception de la nature» et à tirer parti du fait que ces récepteurs ont déjà évolué pour détecter de manière experte ces molécules, a déclaré Li.

Jessica Cardin, neuroscientifique à l’Université de Yale, appelle les études récentes utilisant ces capteurs « la pointe de l’iceberg, où il y aura cette énorme vague de personnes utilisant tous ces outils ».

Dans un article publié en 2020 sur le serveur de préimpression bioarxiv.org, Cardin et ses collègues sont devenus les premiers à utiliser le capteur de Li pour mesurer l’acétylcholine dans tout le cortex chez la souris. En tant que neuromodulateur, l’acétylcholine régule l’attention et modifie les états cérébraux liés à l’éveil. Il était largement admis que l’acétylcholine augmentait toujours la vigilance en rendant les neurones plus indépendants de l’activité de leurs circuits. L’équipe de Cardin a découvert que cela est vrai dans les petits circuits avec seulement des centaines à des milliers de neurones. Mais dans les réseaux avec des milliards de neurones, c’est l’inverse qui se produit : des niveaux plus élevés d’acétylcholine conduisent à une plus grande synchronisation des schémas d’activité. Pourtant, la quantité de synchronisation dépend également de la région du cerveau et du niveau d’excitation, peignant l’image que l’acétylcholine n’a pas d’effets uniformes partout.

Une autre étude publiée dans Biologie actuelle En novembre dernier, les notions de longue date sur le neuromodulateur norépinéphrine ont également été bouleversées. La noradrénaline fait partie d’un système de surveillance qui nous avertit des situations dangereuses soudaines. Mais depuis les années 1970, on pense que la noradrénaline n’est pas impliquée dans ce système pendant certaines phases du sommeil. Dans la nouvelle étude, Anita Lüthi de l’Université de Lausanne en Suisse et ses collègues ont utilisé le nouveau capteur de norépinéphrine de Li et d’autres techniques pour montrer pour la première fois que la noradrénaline ne s’arrête pas à tous les stades du sommeil et joue en effet un rôle dans réveiller l’animal si besoin.