Les astrocytes (jaunes) détectent le moment où la souris est orientée dans l’espace, puis augmentent la probabilité de pointes dendritiques en signalant des molécules. Crédit : Dr Kirsten Bohmbach/Hôpital universitaire de Bonn
Une étude à l’Université de Bonn élucide un mécanisme d’apprentissage spatial jusque-là inconnu.
Il existe deux types de cellules fondamentalement différentes dans le cerveau, les neurones et les cellules gliales. L’un des buts de ces derniers est d’isoler le « câblage » des cellules nerveuses ou de leur garantir des conditions de travail optimales. Une nouvelle étude menée par l’Université de Bonn vient de découvrir une autre fonction chez les rongeurs : les résultats suggèrent qu’un certain type de cellules gliales joue un rôle important dans l’apprentissage spatial. Le Centre allemand pour les maladies neurodégénératives (DZNE) a été impliqué dans les travaux. Les résultats viennent d’être publiés dans la revue <span class="glossaryLink" aria-describedby="tt" data-cmtooltip="
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Chaque lieu a de nombreuses caractéristiques qui le distinguent et le rendent unique dans son ensemble. Un arbre noueux. Un ruisseau murmurant à son pied. Fleurs sauvages parfumées dans le pré derrière. Lorsque nous visitons un lieu pour la première fois, nous stockons cette combinaison de fonctionnalités. Lorsque nous rencontrons ensuite l’interaction de l’arbre, du ruisseau et de la prairie de fleurs sauvages une autre fois, notre cerveau le reconnaît : nous nous souvenons d’y avoir été auparavant.
Ceci est rendu possible par des mécanismes tels que l’intégration dite dendritique de l’activité synaptique. «Nous avons pu montrer que les cellules dites astrogliales ou astrocytes jouent un rôle essentiel dans cette intégration», explique le professeur Dr Christian Henneberger de l’Institut des neurosciences cellulaires de l’hôpital universitaire de Bonn. “Ils régulent la sensibilité des neurones à une combinaison spécifique de caractéristiques.”
Un million de cellules de place dans le cerveau de la souris
Dans leur étude, les chercheurs ont examiné de près les neurones de l’hippocampe des rongeurs. L’hippocampe est une région du cerveau qui joue un rôle central dans les processus de mémoire. C’est particulièrement vrai pour la mémoire spatiale : “Dans l’hippocampe, il y a des neurones qui se spécialisent justement dans cela : placer les cellules”, explique Henneberger, qui est également membre du Collaborative Research Center 1089, où le projet de recherche était basé. Domaine de recherche transdisciplinaire “Life & Health” à l’Université de Bonn. Il y a environ un million de ces cellules de lieu dans le seul hippocampe de la souris. Chacun répond à une combinaison spécifique de caractéristiques environnementales.
Les cellules de lieu ont de longues extensions, les dendrites. Celles-ci sont ramifiées comme la cime d’un arbre et parsemées de nombreux points de contact. Les informations que nos sens nous transmettent sur un lieu arrivent ici. Ces contacts sont appelés synapses. “Lorsque les signaux arrivent à de nombreuses synapses voisines en même temps, une forte impulsion de tension se produit dans la dendrite – une soi-disant pointe dendritique”, explique le Dr Kirsten Bohmbach, qui a réalisé la plupart des expériences de l’étude. « Ce processus est ce que nous appelons l’intégration dendritique : le pic ne se produit que lorsqu’un nombre suffisant de synapses sont actives en même temps. De telles pointes se déplacent vers le corps cellulaire, où elles peuvent déclencher une autre impulsion de tension – un potentiel d’action.
Placer les cellules en mode attention
Les cellules de lieu génèrent des potentiels d’action à intervalles réguliers. La vitesse à laquelle ils le font peut varier considérablement. Cependant, lorsque les souris s’orientent dans un nouvel environnement, leurs cellules spatiales oscillent toujours à un rythme particulier – elles génèrent alors cinq à dix impulsions de tension par seconde. Ce rythme amène les cellules nerveuses à libérer certaines substances messagères. Et c’est là qu’interviennent les astrocytes : ils ont des capteurs auxquels ces substances messagères s’amarrent et libèrent à leur tour une substance appelée D-sérine.
“La D-sérine migre ensuite vers les dendrites des cellules de lieu”, explique Bohmbach. “Là, cela garantit que les pointes dendritiques peuvent se développer plus facilement et sont également beaucoup plus fortes.” Lorsque les souris sont en mode d’orientation, cela leur permet de stocker et de reconnaître plus facilement de nouveaux emplacements. Cela ressemble à un chauffeur de taxi qui se concentre sur la navigation dans le centre-ville et sur la mémorisation des changements de lieu. Le passager à côté du conducteur regarde aussi la route, mais ses pensées sont ailleurs et il remarque moins (cependant, il y a aussi des processus assez différents impliqués dans de tels phénomènes d’attention).
“Si nous inhibons l’assistance fournie par les astrocytes chez les souris, elles sont moins susceptibles de reconnaître des endroits familiers”, explique Henneberger. Cependant, cela ne s’applique pas aux endroits particulièrement pertinents – par exemple, parce qu’ils présentent un danger potentiel : ceux-ci continuent d’être évités par les animaux. “Le mécanisme que nous avons découvert contrôle donc le seuil auquel les informations de localisation sont stockées ou reconnues.” Les résultats fournissent un nouvel aperçu de la façon dont la mémoire fonctionne et est contrôlée. A moyen terme, ils peuvent également contribuer à répondre à la question de l’évolution de certaines formes de troubles de la mémoire.
Les résultats de la recherche sont également l’expression d’une coopération intra-universitaire fructueuse : « Ils n’auraient pas été possibles sans la collaboration intensive avec le laboratoire du Prof. Dr Heinz Beck à l’Institut d’épileptologie expérimentale et des sciences cognitives et, en particulier, ses collègues Dr. Nicola Masala et le Dr Thoralf Opitz », souligne Henneberger.
Référence : “Une boucle de signalisation astrocytaire pour le contrôle dépendant de la fréquence de l’intégration dendritique et de l’apprentissage spatial” par Kirsten Bohmbach, Nicola Masala, Eva M. Schönhense, Katharina Hill, André N. Haubrich, Andreas Zimmer, Thoralf Opitz, Heinz Beck et Christian Henneberger , 24 décembre 2022, Communication Nature.
DOI : 10.1038/s41467-022-35620-8
En plus de Université de Bonn et l’hôpital universitaire de Bonn, le Centre allemand des maladies neurodégénératives (DZNE) et Collège universitaire de Londres ont participé aux travaux. L’étude a été financée par la Fondation allemande pour la recherche (DFG) et le programme de retour du Land de Rhénanie du Nord-Westphalie.
