Des neurones qui communiquent à distance grâce aux champs électriques
Les chercheurs croyaient que les neurones cérébraux communiquaient à travers des connexions physiques plus connues en tant que synapses. Toutefois, des neuroscientifiques financés par l'UE ont découvert des preuves solides selon lesquelle les neurones communiquent également à travers des champs électriques faibles, une découverte qui pourrait nous permettre de comprendre comment la biophysique donne lieu à la cognition. L'étude, publiée dans la revue Nature Neuroscience, était en partie financée par le projet EUSYNAPSE («From molecules to networks: understanding synaptic physiology and pathology in the brain through mouse models»), qui s'est vu allouer 8 millions d'euros au titre du domaine thématique «Sciences de la vie, génomique et biotechnologie au service de la santé» du sixième programme-cadre (6e PC). L'auteur principal, Dr Costas Anastassiou, un boursier postdoctoral du Californian Institute of Technology (Caltech) aux États-Unis, et ses collègues expliquent comment le cerveau est un réseau complexe composé de cellules nerveuses individuelles, qui communiquent à l'aide de signaux électriques et chimiques. Chaque fois qu'une impulsion électrique traverse la branche d'un neurone, un minuscule champ électrique entoure cette cellule. Certains neurones peuvent être comparés à des individus en pleine conversation. Mais plus ils sont nombreux, le bruit ressemble aux clameurs de la foule lors d'un évènement sportif. Ce bruit provient de tous les minuscules champs électriques créés par une activité neuronale organisée dans le cerveau. Alors qu'il a longuement été reconnu que le cerveau génère de faibles champs électriques en plus de l'activité électrique des cellules nerveuses, ces champs étaient considérés comme des épiphénomènes - des effets secondaires superflus. On ignorait tout à propos de ces champs à faible intensité car, en effet, ils sont généralement trop faibles pour être mesurés au niveau des neurones individuels; leurs dimensions se comptent en millionième de mètre (microns). C'est pourquoi, les chercheurs ont décidé de déterminer si ces champs faibles ont un effet sur les neurones. En termes d'expérimentation, mesurer de tels champs faibles émanant ou touchant un faible nombre de cellules cérébrales n'était pas une simple tâche. De minuscules électrodes ont été utilisées à proximité d'un groupe de neurones de rats afin de chercher de «potentiels champs locaux», les champs électriques générés par l'activité neuronale. Ainsi, les chercheurs sont parvenus à mesurer des champs d'un millivolt (un millionième de volt). En commentant les résultats, le Dr Anastassiou affirme: «Il a été tellement difficile de positionner toutes ces électrodes sur un tissu cérébral d'une si petite taille que les résultats de notre recherche représentent une réelle nouveauté. Personne n'avait pu atteindre ce niveau de résolution spatiale et temporelle.» Les résultats sont réellement surprenants. «Nous avons observé que les champs d'une intensité aussi faible qu'un millivolt par millimètre altéraient l'activation des neurones individuels, et augmentaient la «cohérence pointe-champ», - la synchronicité avec lequel les neurones s'activent par rapport au champ», soutient-il. Au cours de violentes crises d'épilepsie, par exemple, les portions du cerveau génèrent des champs électriques très forts - de l'ordre de 100 millivolts par millimètre. Toutefois, cette étude a montré que même des champs d'énergie plus faibles - lorsque dirigés à une région réceptive de neurones - créent ce que les chercheurs prénomment un couplage éphaptique. Cette «connexion» du champ d'énergie pourrait être un autre mode de coordination au sein du cerveau - un champ différent des canaux habituels neurone-synapse. Le Dr Anastassiou suggère que la «cohérence pointe-champ accrue pourrait stimuler considérablement la quantité d'informations transmise entre les neurones et augmenter sa fiabilité.» Cette étude rejoint la recherche qui soutient que la «pensée» dépend de l'activité coordonnée dans différentes régions du cerveau. De nombreux neuroscientifiques pensent que l'activité relativement lente et presque entrelacée à l'infini des neurones et des synapses n'accroît pas la vitesse et l'efficacité de la pensée; «J'estime que la compréhension de l'origine et de la fonctionnalité des champs cérébraux endogènes conduira à de nombreuses révélations quant au traitement de l'information au niveau du circuit qui, à mon avis, est le niveau auquel les perceptions et les concepts surviennent», affirme le Dr Anastassiou. «Cela, à son tour, nous conduira à évaluer comment la biophysique donne lieu à la cognition de façon mécanique - et ce qui constitue, à mon avis, le saint graal des neurosciences.»Pour de plus amples informations, consulter: California Institute of Technology (Caltech): http://www.caltech.edu/ Revue Nature Neuroscience: http://www.nature.com/neuro/index.html EUSYNAPSE: http://www.eusynapse.mpg.de/index.html
Pays
États-Unis