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“Comment le cerveau se réorganise pour former des souvenirs moteurs”
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Lorsque vous apprenez à faire du vélo ou à jouer d’un instrument de musique pour la première fois, vos mouvements physiques sont au mieux non coordonnés. Mais avec le temps et beaucoup de répétitions, les neurones moteurs de votre cerveau créent une sorte de raccourci entre l’esprit et les muscles. Les mouvements associés finissent par devenir si ancrés que sauter sur un vélo ou jouer des gammes semble presque automatique.
Quels sont les fondements cellulaires du fonctionnement de ce processus d’apprentissage moteur ? Dans une étude publiée cette semaine dans Neurone, une équipe de recherche dirigée par Dr Simon Chen de la Faculté de médecine de l’Université d’Ottawa offre des informations nouvelles et précieuses sur ce mystère persistant des neurosciences.
Son labo se concentre sur la façon dont les souvenirs sont encodés et stockés dans le cerveau, en particulier avec l’apprentissage moteur, le processus complexe de la façon dont nous bougeons et coordonnons les muscles de notre corps. Avec cette dernière étudel’équipe de recherche du Dr Chen a exploré les mécanismes impliqués dans la régulation du processus d’acquisition et de consolidation de la mémoire motrice lors de la pratique répétitive.
Dr ChenChaire de recherche du Canada sur les circuits neuronaux et le comportement, affirme que les résultats de l’étude pourraient s’avérer utiles pour développer des cibles thérapeutiques qui peuvent aider à récupérer les fonctions motrices chez les patients souffrant de la maladie de Parkinson, d’un accident vasculaire cérébral ou d’une lésion cérébrale. Ceci est important car restaurer la coordination motrice globale et retrouver les mouvements perdus est une bataille très difficile pour ces personnes.
« Si nous comprenons comment l’acquisition des habiletés motrices est régulée dans le cerveau, nous pourrons peut-être un jour aider les patients victimes d’un AVC ou de la maladie de Parkinson à retrouver ces habiletés pendant le processus de réadaptation », dit-il.
L’étude s’est concentrée sur les souris, pas sur les humains. Mais comme les scientifiques pensent que les mécanismes de formation de la mémoire sont très similaires chez les souris et les êtres humains, les résultats ont probablement une pertinence profonde pour les humains.
Alors, comment les expériences ont-elles fonctionné ?
En limitant les mouvements de la tête des souris sur la scène d’imagerie, qui permet aux scientifiques de sonder le cerveau à une résolution unicellulaire, l’équipe a entraîné les animaux à effectuer une tâche motrice spécifique : Atteindre et saisir une pastille alimentaire à partir d’un porte-livreur motorisé.
Au départ, les souris à tête retenue étaient hésitantes et maladroites lorsqu’elles saisissaient la pastille. Les chercheurs ont effectué une analyse détaillée des mouvements des animaux à l’aide de DeepLabCut, une boîte à outils logicielle d’apprentissage en profondeur combinant la vidéo de capture de mouvement avec l’intelligence artificielle. Ils ont découvert qu’avec la répétition et le temps, les souris formaient des mouvements stéréotypés d’atteinte et de préhension qui leur permettaient de se procurer facilement la nourriture.
L’équipe voulait voir l’activation des neurones spécifiques à ces mouvements d’atteinte et de saisie et voir la formation des voies synaptiques dans le cerveau au fur et à mesure qu’elles se produisaient.
«Nous avons pu surveiller les changements cérébraux pendant que les souris apprenaient réellement cette tâche», explique le Dr Chen, professeur agrégé au département de médecine cellulaire et moléculaire de la Faculté de médecine.
En utilisant l’imagerie à deux photons, un type de microscopie qui permet la visualisation de tissus vivants à l’échelle du micromètre, son équipe a pu visualiser la réorganisation des épines dendritiques parmi les neurones excitateurs du cortex moteur primaire lorsque les souris à tête fixe exécutaient ces pastilles. -des actions d’accaparement dans le temps. Les épines dendritiques – des structures neurales au niveau des synapses ressemblant à des sucettes avec des bâtons maigres et des sommets en forme de bulles – sont essentielles pour la formation et le stockage de la mémoire.
En zoomant sur le niveau cellulaire, les chercheurs ont découvert que l’apprentissage moteur induit sélectivement l’expression d’un «facteur de transcription» dépendant de l’activité appelé NPAS4 dans le cortex moteur primaire.
Selon le Dr Chen, ces nouvelles découvertes révèlent que l’expression de ce facteur de transcription déclenche l’émergence d’un ensemble de neurones inhibiteurs associés à l’apprentissage qui module l’inhibition dans le cortex moteur primaire. Cela régule le processus de réorganisation de la colonne vertébrale dendritique parmi les neurones excitateurs pendant l’apprentissage.
Essentiellement, NPAS4 régule les modifications génétiques dans les neurones inhibiteurs qui contrôlent l’activité de ces neurones de la même manière qu’un curseur de volume contrôle les haut-parleurs d’un ordinateur portable. Le Dr Chen dit que ces découvertes “démontrent également que l’induction spécifique des neurones inhibiteurs d’un facteur de transcription agit comme une caractéristique déterminante sous-jacente à la formation d’ensembles neuronaux engagés par un acte d’apprentissage”.
En d’autres termes, la répétition des mouvements au fil du temps a modifié le fonctionnement interne du cortex moteur primaire des animaux – la partie du cerveau que seuls les mammifères possèdent et qui contrôle les mouvements complexes.
L’équipe a découvert que l’expression du facteur de transcription NPAS4 dans les neurones inhibiteurs est la clé de la façon dont votre cerveau sélectionne les options pour former les souvenirs moteurs les plus forts pour des mouvements spécifiques – et il doit être constamment réexprimé pour que ces souvenirs soient logés et raffinés. dans votre cerveau tout en faisant des pratiques répétitives.
Référence: Yang J, Serrano P, Yin X, Sun X, Lin Y, Chen SX. Ensembles d’interneurones de la somatostatine exprimant NPAS4 fonctionnellement distincts, essentiels à l’apprentissage des habiletés motrices. Neurone. 2022;0(0). est ce que je: 10.1016/j.neuron.2022.08.018
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