Les cellules du cerveau peuvent changer de rythme jusqu’à dix fois par seconde

Les cellules du cerveau peuvent changer de rythme jusqu’à dix fois par seconde

janvier 6, 2022 0 Par brandon


Le cerveau humain est extrêmement dynamique. Les connexions entre les cellules nerveuses changent lorsque nous apprenons ou oublions. Mais les calculs de notre cerveau changent encore plus vite que sa structure : en un clin d’œil, nous passons notre attention de ce que nous voyons à ce que nous entendons ou sentons. L’arôme du café était peut-être présent tout le temps, mais lorsque nous y prêtons attention, les circuits de notre cerveau modifient leurs rythmes d’activité et nous percevons activement l’arôme. Une équipe de recherche transdisciplinaire du campus de Göttingen a désormais combiné des approches expérimentales et mathématiques et a trouvé une nouvelle perspective sur les processus rythmiques dans le cerveau. Les résultats ont été publiés dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences (PNAS).


Des scientifiques du Göttingen Campus Institute for Dynamics of Biological Networks (CIDBN) ont étudié les mécanismes cellulaires à l’origine de ces processus. Les cellules impliquées dans les fonctions cérébrales telles que le traitement des informations sensorielles, ainsi que dans la consolidation de la mémoire, présentent une activité rythmique collective. « En règle générale, les cellules nerveuses sont étudiées à l’aide de stimuli artificiels, tels que de brèves impulsions ou oscillations », explique le Dr Andreas Neef, chef du laboratoire de neurophysique du CIDBN. « Mais nous voulions étudier ces cellules en utilisant des stimuli plus naturels et irréguliers. »

Des recherches antérieures qui caractérisaient les cellules à l’aide de méthodes conventionnelles semblaient brosser un tableau simple : certains types de cellules nerveuses sont spécialisés pour participer à des rythmes d’activité rapides, tandis qu’un autre type de cellule – « l’interneurone adaptatif » – participe principalement à des rythmes lents. Cependant, lorsque l’équipe de Göttingen a analysé les réponses des cellules nerveuses aux nouveaux stimuli plus naturels, une image très différente a émergé. Les interneurones adaptatifs ne se contentaient pas de suivre les rythmes lents, comme on s’y attendait, ils étaient plutôt capables de basculer entre des rythmes très lents et des rythmes très rapides.

Pendant certaines phases de sommeil ou pendant la rêverie inactive, les interneurones adaptatifs peuvent contribuer à des rythmes cérébraux allant jusqu’à 200 cycles par seconde, selon ces nouvelles découvertes. C’est plus de 20 fois plus rapide que ce que l’on pensait possible pour ces cellules. « Nous avons été surpris de voir à quel point ces cellules pouvaient réagir différemment », déclare le premier auteur, le Dr Ricardo Martins Merino. « Mais ce qui m’étonne encore plus, c’est la vitesse de leur ‘réajustement’. Un instant, ils contribuent aux oscillations rapides, l’instant d’après, ils ne le sont pas. Ils peuvent basculer dix fois par seconde ! »

Les scientifiques supposent que cette capacité à basculer rapidement est la solution au puzzle de longue date de la façon dont les différents rythmes du cerveau interagissent les uns avec les autres et comment nous pouvons déplacer notre attention si rapidement d’un aspect à l’autre. « Le prochain objectif est d’étudier le rôle de la commutation à la fois dans l’ordinateur et dans le cerveau vivant. Le CIDBN offre l’espace idéal pour cela, car ici les approches de recherche théorique et expérimentale sont combinées sous un même toit », explique le co-auteur, le professeur Fred Wolf, directeur fondateur du CIDBN.

Référence: Merino RM, Leon-Pinzon C, Stühmer W, et al. L’activité thêta augmente paradoxalement la sensibilité aux fréquences gamma et d’ondulation dans les interneurones préfrontaux. PNAS. 2021;118(51). doi: 10.1073/pnas.2114549118

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