Les scientifiques regardent comment les souris apprennent, une synapse à la fois

L’un des cerveau Les propriétés les plus importantes sont ses flexibilité. Notre circuits cérébraux change constamment – tous les jours, de nouveaux liens sont établis parmi les 86 milliards de neurones individuels Dans nos têtes et les anciennes connexions peuvent tomber.

Le résultat est un réseau vertigineusement compliqué qui est dans un état constant de flux, se recâbler À la volée en réponse à son environnement et à l’expérience de vie de son propriétaire. La capacité du cerveau à le faire s’appelle neuroplasticitéet c’est ce qui nous donne la capacité d’apprendre, de grandir, de développer de nouvelles compétences et d’idées et de nous adapter à l’environnement dans lequel nous vivons. Nous comprenons assez bien certains aspects de la neuroplasticité, mais d’autres, y compris la raison pour laquelle certaines connexions sont établies au lieu d’autres, restent profondément mystérieuses.

Maintenant, un nouvelle étude Publié le 17 avril dans Science promet de faire la lumière sur au moins un aspect de ce mystère. La recherche examine comment les fonctions de neuroplasticité chez les souris apprenant à s’attaquer à une nouvelle tâche, et ses résultats font allusion à la possibilité que la forme des neurones puisse influencer si leurs connexions sont incluses dans les changements formés par cette nouvelle compétence.

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Neuroplasticité: le comment

Le siècle dernier a vu une énorme quantité de recherches sur le fonctionnement du cerveau. À la suite de tout ce travail, nous avons un bonne compréhension des processus physiques qui permettent la neuroplasticité. Lorsqu’un neurone «tire», il envoie un signal électrochimique appelé potentiel d’action. Ces signaux descendent ensuite de longs brins de tissu neuronal appelées axones. Les signaux sont ensuite reçus par des filaments complexes et ramifiés appelés dendrites et les jonctions auxquelles ces structures se connectent sont appelées synapses.

Nous savons aussi que Toutes les connexions neuronales ne sont pas égales. Certains sont plus forts que d’autres, avec une connexion plus robuste, ce qui rend plus probable que le neurone À l’extrémité réceptrice, vous tiendra en réponse à un signal du neurone à l’autre extrémité du lien. La force de ces connexions peut également changer avec le temps.

La neuroplasticité permet la formation de nouvelles connexions, la purge de celles obsolètes et les changements dans la résistance des connexions existantes – tous les processus qui apportent des modifications subtiles à la structure de nos réseaux de neurones.

Neuroplasticité: le pourquoi

Alors que nous pouvons bien comprendre comment La neuroplasticité fonctionne, il peut être plus difficile pour les scientifiques d’expliquer pourquoi C’est le cas. Plus précisément, il n’est pas clair comment les neurones sont «choisis» pour la connexion ou la modification. Pourquoi certaines connexions sont-elles créées ou modifiées et pas d’autres? Le processus fonctionne-t-il sur une sorte de plan cérébral? Ou les vastes étendues de neurones dans notre cerveau sont-elles plus comme des morceaux de RAM dans nos ordinateurs, assis et attendant d’être utilisés à mesure qu’ils deviennent disponibles?

William Wright—Un chercheur postdoctoral à la faculté de neurobiologie de l’Université de Californie à San Diego et l’un des Science Les co-auteurs de Paper – expliquent qu’il doit y avoir un certain degré de déterminisme à la façon dont la neuroplasticité se déroule.

« La plasticité synaptique ne peut pas se produire au hasard », explique Wright Science populaire. «Pour que nous apprenions… le droite Les synapses doivent subir le droite Types de changements (c’est-à-dire devenir plus forts ou plus faibles). »

Mais qu’est-ce qui détermine quels sont les bons neurones? Selon Wright, c’est le problème. «Nous ne comprenons pas vraiment comment ce processus (obtient) initié à des synapses spécifiques et pas à d’autres.»

De souris et de dendrites

Pour rechercher des modèles dans la neuroplasticité liée à l’apprentissage, Wright et son équipe ont conçu une expérience où chaque membre d’une population de souris dans un laboratoire a appris à activer un levier pour recevoir une récompense. Ils ont utilisé une technique appelée longitudinal in vivo Imagerie de fluorescence à deux photonsqui permet l’étude des synapses individuelles dans les créatures vivantes et a permis à l’équipe de cartographier comment l’acquisition de cette compétence a modifié le cerveau de chaque souris.

Wright explique que chaque cerveau de souris Partage une disposition de base, «une sorte de plan général (qui) définit les modèles de connectivité générale du cerveau (c’est-à-dire auxquels les zones du cerveau se connectent).» Cependant, une fois qu’un individu est né, son cerveau est seul. Le cerveau se développera et changera d’une manière qui reflète l’expérience et les circonstances de la vie de cette personne. En conséquence, chaque cerveau est différent – une déclaration aussi vraie pour les souris que chez les humains.

Ces différences individuelles dans le cerveau signifient qu’un élément d’apprentissage similaire pourrait se manifester très différemment dans le cerveau d’une souris à la façon dont il se fait chez un autre. À son tour, cela signifie que l’étude des effets de la neuroplasticité a moins à voir avec l’essai d’identifier si les mêmes neurones sont connectés chez différents individus, et plus à voir avec la recherche de modèles qui font allusion à une sorte de règles sous-jacentes.

Wright et son équipe ont constaté que leurs résultats faisaient en fait allusion à ces modèles, et donc à une sorte de règles d’accompagnement. Les changements observés après l’acquisition de compétences ont été localisés dans les cortex moteurs primaires des animaux et semblaient particulièrement prononcés dans un type de neurone appelé a neurone pyramidal. Comme leur nom l’indique, ces cellules sont caractérisées par leur forme. En plus de les rendre raisonnablement faciles à identifier, cette forme triangulaire affecte la nature des dendrites des cellules.

Wright compare la structure d’un neurone pyramidal et ses connexions à un arbre. La cellule a deux types de dendrites– Une structure en forme de tronc s’étendant de l’apex de la pyramide et une série de «racines» émergeant du fond. Celles-ci sont appelées dendrites apicales et basales, respectivement, et les résultats de l’étude suggèrent qu’ils ont des fonctions nettement différentes.

Les connexions établies via des synapses apicales semblaient être renforcées par les informations de mouvement plus que celles faites via des synapses basales. L’article note que «ces résultats suggèrent des synapses apicales dans… (ces) neurones pyramidaux sont organisés en grappes fonctionnelles liées aux tâches, tandis que cette tendance est beaucoup plus faible pour les synapses basales.»

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Cela laisse entendre que la structure dendritique peut être un facteur pour déterminer pourquoi une certaine connexion neuronale pourrait finir par être modifiée en raison de la neuroplasticité. Plus généralement, Wright souligne l’importance du simple fait que différentes connexions dendritiques semblent remplir différentes fonctions.

«Nous ne comprenons toujours pas pleinement pourquoi les neurones ont ces différents types de dendrites», dit Wright, «(ou) quelles fonctions différentes elles peuvent être (exécutant).» L’étude fournit des indices sur la nature d’au moins une de ces fonctions, et ce faisant, des indications dans les directions pour les recherches futures. Ceci, dit Wright, est «l’un des (nos) plus excitants (résultats)».

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