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Connexion à haute vitesse

Des chercheurs découvrent un mécanisme qui permet au cerveau de reconfigurer en quelques minutes les connexions entre ses neurones

À gauche, une épine dendritique (la sphère verte) est connectée à un neurone (en rouge). Lorsque les chercheurs stimulent le neurone de droite, celui-ci libère deux molécules qui incitent l'épine dendritique à se débrancher et à former une nouvelle connexion avec le neurone stimulé.
Une équipe de la Faculté de médecine et de l'Institut universitaire en santé mentale de Québec vient de découvrir un mécanisme qui permet au cerveau de reconfigurer rapidement les connexions entre ses neurones. Selon les chercheurs, qui publient leur découverte dans un récent numéro de la revue Nature Communications, ce mécanisme jouerait un rôle central dans la plasticité du cerveau.

Le mécanisme en question touche des structures appelées épines dendritiques. Il s'agit de microscopiques excroissances qui se trouvent sur les dendrites. Si les neurones étaient des arbres, les dendrites seraient les branches et les épines dendritiques seraient les rameaux. Tout comme les dendrites, ces épines dendritiques établissent des connexions avec les neurones voisins. «Elles sont toutefois de 100 à 1 000 fois plus nombreuses que les dendrites. Elles jouent donc un rôle très important dans les connexions neuronales du cerveau», souligne Armen Saghatelyan, qui a dirigé l'étude publiée dans Nature Communications.

Le nombre de connexions assurées par les épines dendritiques atteint un maximum pendant l'embryogenèse et au début de la vie, période que les chercheurs nomment phase critique de développement du cerveau. «Les stimuli environnementaux font que certaines de ces connexions se stabilisent alors que d'autres disparaissent. Une fois la période critique de développement terminée, la formation de nouvelles épines dendritiques est fortement diminuée dans le cerveau», rappelle le professeur Saghatelyan.

Le chercheur et son équipe viennent de montrer que les connexions assurées par les épines dendritiques ne sont pas statiques pour autant. En effet, en appliquant une stimulation électrophysiologique sur un neurone situé à proximité d'une épine dendritique, celle-ci se débranche du neurone auquel elle était connectée et elle forme une nouvelle connexion avec le neurone qui a été stimulé. «Le neurone stimulé libère deux facteurs – le glutamate et le BDNF – qui sont détectés par une sorte d'antenne, appelée filopode, qu'on retrouve sur l'épine dendritique, explique le chercheur. Les deux facteurs induisent la mobilité et le mouvement directionnel de l'épine dendritique vers le neurone stimulé.»

Cette reconfiguration des connexions peut survenir, par exemple, lorsqu'une souris est exposée à une odeur particulière, ont démontré les chercheurs. «Nous avons observé que de nouvelles connexions se formaient en 10 à 15 minutes à peine. C'est rapide si on considère que la formation d'une nouvelle épine exige plusieurs heures ou même quelques jours. Il s'agit donc d'un mécanisme qui permet une réorganisation rapide des réseaux neuronaux en réponse à une stimulation sensorielle.»

Outre son intérêt fondamental, cette découverte fait rêver à des applications longtemps confinées à la science-fiction. En effet, certains problèmes de santé mentale comme les troubles du spectre de l'autisme et le syndrome du X fragile, de même que des maladies neurodégénératives comme l'alzheimer et le parkinson s'accompagnent d'une altération des épines dendritiques et des connexions qu'elles établissent. «Le mécanisme que nous avons découvert laisse entrevoir la possibilité de modifier les connexions neuronales en stimulant des neurones cibles. C'est n'est pas pour demain, insiste Armen Saghatelyan, mais les techniques d'optogénétique, qui permettent la stimulation de certaines familles de neurones à l'aide de la lumière, existent déjà.»

Les autres signataires de l'article paru dans Nature Communications sont Vincent Breton-Provencher, Karen Bakhshetyan, Delphine Hardy, Rodrigo Bammann, Marina Snapyan et Daniel Côté, de l'Université Laval, et Francesco Cavarretta et Michele Migliore, de l'Université Yale.

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