Observer le comportement des cellules du cerveau pendant l'apprentissage
Une nouvelle technique permet d'étudier l'activité des cellules nerveuses vivantes
Des chercheurs de l'Institut Carl Ludwig de physiologie de l'université de Leipzig, en collaboration avec l'université Johns Hopkins aux États-Unis, ont réalisé une percée importante dans la recherche sur le cerveau. La technique dite de zap-and-freeze, qui permet de visualiser les processus de transmission des signaux entre les cellules nerveuses en quelques millisecondes, a été appliquée avec succès pour la première fois à des tranches de cerveau aiguës de souris et d'êtres humains. Cela permettra à l'avenir d'étudier la manière dont les cellules nerveuses adaptent leur transmission de signaux lorsqu'elles sont actives - en d'autres termes, comment la libération de neurotransmetteurs et la plasticité des processus des cellules nerveuses, appelées synapses, changent au cours de l'apprentissage. Ces résultats ont été publiés dans la célèbre revue scientifique Neuron.
Grâce à la technique du zap-and-freeze, les cellules nerveuses sont stimulées électriquement puis rapidement congelées quelques millisecondes plus tard. Cette méthode permet de capturer les mouvements des composants cellulaires pour les observer au microscope électronique. Dans une étude récemment publiée, une équipe de recherche internationale dirigée par l'Institut Carl Ludwig de physiologie de l'université de Leipzig a démontré que cette nouvelle technique fonctionne également sur des tissus cérébraux intacts de souris et d'êtres humains.
Les chercheurs ont d'abord examiné des échantillons de cerveau de souris. À l'aide de la méthode "zap-and-freeze", ils ont stimulé des cellules nerveuses et observé comment de petites vésicules - de minuscules sacs liés à la membrane - sont recyclées pour la communication neuronale après avoir libéré des neurotransmetteurs. Dans un cerveau sain, les vésicules synaptiques contribuent à la transmission des informations d'une cellule à l'autre, un processus crucial pour le traitement de l'information, l'apprentissage et la formation de la mémoire.
Les chercheurs ont ensuite appliqué la même méthode à des tissus cérébraux humains et ont constaté que le processus se déroulait de la même manière. Dans les deux cas, ils ont identifié la protéine Dynamin1xA aux endroits où les vésicules sont recyclées. Cela montre que le mécanisme sous-jacent fonctionne essentiellement de la même manière chez la souris et chez l'homme. "Nous avons donc pu, pour la première fois, observer directement comment la membrane cellulaire du cerveau humain se renouvelle rapidement après la libération de neurotransmetteurs. Grâce à cette méthode, nous pouvons, en quelque sorte, observer les cellules cérébrales pendant qu'elles apprennent. Cela confirme la grande importance des organismes modèles pour la recherche fondamentale en neurosciences", déclare le Dr Kristina Lippmann de l'Institut Carl Ludwig de physiologie de l'université de Leipzig, auteur correspondant de l'étude.
Une base pour d'autres recherches
L'expertise en microscopie à deux photons et en électrophysiologie de l'Institut Carl Ludwig a joué un rôle crucial dans l'étude. Les chercheurs de Leipzig ont adapté la méthode de zap-and-freeze pour l'utiliser avec des tranches de cerveau. Le Dr Lippmann et son équipe ont notamment découvert que cette technique convient parfaitement à la stimulation ciblée des fibres nerveuses alignées sur le champ électrique, telles que les fibres parallèles du cervelet. Les chercheurs ont également démontré que cette approche pouvait induire une plasticité présynaptique à court terme, un mécanisme clé qui sous-tend les processus d'apprentissage dans le cerveau.
À l'avenir, la technique du zap-and-freeze sera utilisée pour étudier plus en détail les mécanismes de la plasticité présynaptique à court terme dans le cortex cérébelleux. Cette région joue un rôle central dans le contrôle de la motricité et permet de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau d'apprentissage, depuis le développement jusqu'aux changements liés à l'âge et aux pathologies.
L'étude actuelle s'appuie sur une publication précédente dans Nature Neuroscience, dans laquelle la méthode de zap-and-freeze a été testée pour la première fois sur des cellules nerveuses en culture. La collaboration entre l'université de Leipzig et la célèbre université Johns Hopkins a débuté lors d'un séjour de recherche du Dr Kristina Lippmann aux États-Unis, où elle a rencontré le professeur Shigeki Watanabe, l'un des concepteurs de la technique de zap-and-freeze.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
