Success stories de projets - À la recherche d'une partie primitive du cerveau
Des scientifiques financés par l'UE se concentrent sur une portion importante et quelque peu énigmatique du cerveau les noyaux gris centraux, responsables du contrôle moteur et des aspects cognitifs du comportement. Les noyaux gris centraux sont un groupe de structures dans les cerveaux des vertébrés qui agissent en tant qu'unité fonctionnelle cohésive. Si l'on imagine le cerveau humain comme un chapeau melon, accroché sur un porte-chapeaux, les noyaux gris centraux se situent au centre, à trois centimètres environ de la base. Les chercheurs européens du projet Select-and-Act étudient actuellement cette zone du cerveau à l'aide d'une variété d'outils avancés pour comprendre quel est son fonctionnement exact. La recherche est importante pour la science fondamentale qu'elle expliquera, mais aussi pour le nouvel aperçu sur des maladies touchant le système nerveux central telles que la maladie de Parkinson, la chorée de Huntington et même les troubles d'hyperactivité avec déficit de l'attention (THADA). «Les noyaux gris centraux sont associés à une variété de fonctions, dont le contrôle moteur volontaire, l'apprentissage procédural lié aux comportements de routine ou aux habitudes, les mouvements oculaires et les fonctions cognitives et émotionnelles», explique Sten Grillner, coordinateur de Select-and-Act et professeur du prestigieux institut suédois Karolinska. La recherche de Select-and-Act se concentre sur la structure clé au sein des noyaux gris centraux, appelé le néostriatum. Le néostriatum joue un rôle crucial puisqu'il sert de filtre pour les signaux provenant du cortex et du thalamus. M. Grillner explique que la sensibilité du néostriatum est réglée par la dopamine, et elle est importante pour la maladie de Parkinson. Un manque de dopamine empêche l'activation des circuits dans le néostriatum. Par contre, si elle se trouve en surplus, elle provoque des mouvements involontaires, appelés hypercinésies, avec une pertinence évidente. De la même façon, 5-HT et l'histamine possèdent d'autres impacts; Le cortex cérébral est un domaine clé pour la mémoire, l'attention, la sensibilité perceptive, la pensée, le langage, et la conscience, tandis que le thalamus relie la sensation, le sens de l'espace et les signaux moteurs au cortex cérébral et aux noyaux gris centraux. Le cortex cérébral et le thalamus travaillent en interaction étroite avec les noyaux gris centraux. Ce que le néostratium a fait par la suite Le cortex et le thalamus obtiennent des données quant aux besoins devant être satisfaits par la suite, et le néostriatum reçoit ces informations et s'en sert pour déterminer quelles actions doivent être effectuées à un moment donné, et joue un rôle évident et important dans le contrôle moteur et la coordination. «Notre recherche se concentre sur le néostriatum car il s'agit de la structure du cerveau qui est largement responsable pour la sélection du comportement», déclare M. Grillner. «Deux circuits distincts situés dans le tronc cérébral régulent les mouvements vers la droite et la gauche. Toutefois, une autre structure décide du circuit devrait à activer à un moment donné, c'est le rôle principal du néostriatum.» L'équipe Select-and-Act est composée de cinq groupes de recherche, avec une expertise complémentaire, qui étudiaient systématiquement le néostratium dans une matrice de façons connexes et adéquates. Le laboratoire de Grillner explore l'opération des microcircuits dans le néostriatum aux niveaux moléculaire, cellulaire et synaptique à partir de nombreuses cellules nerveuses tout en utilisant le néostriatum de rongeurs et d'un vertébré primitif, la lamproie. Parallèlement, le laboratoire Bolam à Oxford examine une structure fine de types spécifiques de synapses dans le néostriatum et, à l'aide de différentes techniques physiologiques, recherche comment les différents modulateurs tels que la dopamine, 5-HT et l'histamine affectent les microcircuits du néostriatum. À l'institut royal de technologie à Stockholm, le laboratoire Lansner/Hellgren élabore des modèles informatiques à partir du néostriatum et son interaction avec le cortex et différents centres moteurs. Les modèles se fondent sur les résultats biologiques et morphologiques détaillés des laboratoires Grillner et Bolam. «Les modèles nous permettent de tester si nos résultats biologiques peuvent expliquer l'opération des différents circuits.» Une étude in vivo a lieu au laboratoire Graybiel au MIT à Cambridge, aux États-Unis. Là, les chercheurs étudient l'activité du néostriatum à l'aide de modèles murins, en enregistrant en même temps un nombre de cellules nerveuses dans les microcircuits du néostriatum lorsque le rat court. Les rats sont également entraînés à tourner à gauche ou à droite selon l'endroit où ils s'attendent à trouver à manger et l'équipe peut voir comment ces actions sont engagées par le néostriatum. «Nous pouvons donc savoir à quel moment les différents circuits entrent en action», affirme M. Grillner. Enfin, le laboratoire Bergman de l'université hébraïque à Jérusalem (Israël) étudie l'activité des neurones sur le néostriatum, et des cellules de dopamine qui signalent une récompense pour le singe se tenant bien. Le singe s'entraîne à détecter et à interpréter différents indices correspondant à des récompenses ou de simples bouffées d'air. La mise à l'essai nous permet d'effectuer une analyse de la fonction du néostriatum dans des conditions moins complexes. «En combinant l'approche des cinq laboratoires nous arrivons à comprendre le fonctionnement de microcircuits dans le striatum et la façon dont fonctionnent ces microcircuits pour de simples tâches chez les rongeurs et des tâches plus complexes chez les primates», affirme M. Grillner, en ajoutant que la combinaison de techniques de recherche rend unique Select-and-Act. L'équipe a été surprise en découvrant depuis quand existe le néostriatum. «Nous avons comparé les circuits chez les mammifères avec les circuits dans un des premiers types de vertébrés en évolution, qui est la lamproie», déclare-t-il. La lamproie est très âgée, a évolué il y a 560 millions d'années lorsqu'elle a divergé de la ligne vertébrée principale. Il s'agit d'un des vertébrés les plus primitifs encore disponibles pour l'étude. «Mais nous avons été surpris d'apprendre qu'il y a 560 millions d'années déjà la conception basique et les propriétés et la connectivité de ces cellules nerveuses avaient évolué. Les mammifères n'ont été développés qu'il y a 130 millions d'années et les hommes sont apparus à peine 200 000 ans auparavant. Ainsi la structure entière de contrôle du néostriatum était prête très tôt dans l'évolution des vertébrés et n'a pas beaucoup changé depuis», fait remarquer M. Grillner. La recherche se poursuivra pour une année encore. «À terme, ce projet nous permettra de comprendre les microcircuits de néostriatum et comment ils sont modifiés par les différents modulateurs tels que la dopamine, 5-HT et l'histamine», explique M. Grillner. L'équipe a fait des progrès considérables mais le scientifique explique que les travaux se poursuivront dans le projet, bien que de nouveaux aperçus importants aient été obtenus. «Cette sorte de recherche doit se poursuivre pendant longtemps afin de comprendre le mécanisme élaboré sous-tendant la fonction complexe du cerveau», conclut M. Grillner. Le projet Select-and-Act a reçu un financement au titre de l'initiative «Santé» du septième programme-cadre (7e PC) pour la recherche.