communications sans fil du système nerveux

Je vais vous faire une comparaison. Imaginez que vous êtes des extraterrestres infiltrant la planète Terre et essayant de comprendre comment les humains communiquent à distance. Ils surveillent les connexions filaires des lignes fixes depuis des années, mais découvrent soudain que nous, les Terriens, pouvons également échanger des informations sans avoir besoin de câbles avec des téléphones portables, des tablettes, des ordinateurs…

Ils seraient aussi sans voix que moi. Je me demande comment ils ne l’ont pas découvert plus tôt. Préférant ne pas savoir. Soudain, j’ai réalisé que la tâche consistant à comprendre comment les neurones se connectent était considérablement compliquée.

Un cerveau très branché (ou pas tellement)

Il semble que le système nerveux utilise à la fois des communications filaires et sans fil. Les premières sont les synapses susmentionnées, que l’on trouve décrites dans n’importe quel manuel. Santiago Ramón y Cajal a prédit leur existence et les a mentionnés dans son discours Nobel en 1906. C’est le neuroscientifique britannique Charles S. Sherrington qui les a nommés la même année, en soulignant leur « importance physiologique probable ».

Comme pour Internet, où les informations voyagent parfois via la fibre optique, la synapse intègre également un câblage en fibre. Dans ce cas, ce qui relie le neurone émetteur et le neurone récepteur, ce sont les axones et les dendrites. Mais ce système n’est pas continu : presque toujours, entre l’extrémité d’un câble et le début du suivant, il y a une infime distance, quelques nanomètres seulement (un nanomètre équivaut à un millionième de millimètre). Ensuite, un messager chimique – le neurotransmetteur – est nécessaire pour combler cette petite distance.

Ce système de communication est assez privé. C’est-à-dire que, suivant la comparaison avec Internet, il est ici difficile d’intercepter notre message. Les synapses sont, à notre connaissance, la principale forme de communication des neurones et sur laquelle les scientifiques se sont concentrés jusqu’à présent.

En revanche, dans la communication sans fil – parfois appelée communication non synaptique ou extrasynaptique – il n’y a pas de connexion fibre. Bien que beaucoup moins étudié, nous savons que le messager chimique peut parcourir de grandes distances à travers l’espace entre les cellules.

Le chemin emprunté par les messagers sans fil est tortueux et n’offre aucune garantie de confidentialité : il est ici plus facile de pirater le message.

Premiers connectomes

Il existe un ver au nom presque imprononçable qui nous en apprend beaucoup sur les connexions sans fil et, en général, sur le fonctionnement du système nerveux : Caenorhabditis elegans (C. elegans en abrégé). Il mesure environ un millimètre et a été le protagoniste de la conférence à laquelle j’ai fait référence au début de l’article.

Peut-être que quelqu’un sera surpris qu’un petit ver nous enseigne comment nos neurones communiquent. Mais la science fondamentale est la suivante : rappelez-vous que nous avons beaucoup appris sur l’héritage génétique de Mendel et de certains plants de pois. Et que nous avons beaucoup appris sur notre cerveau grâce au calmar.

Le premier connectome, la carte de toutes les connexions des neurones d’un organisme, a été publié dans C. elegans en 1986. Les chercheurs ont décrit toutes les connexions filaires des neurones : c’est comme suivre les nouilles dans une assiette de spaghetti et générer une carte. Ce ver possède un peu plus de 300 neurones (c’est une toute petite assiette), ce n’est donc pas un hasard s’il a été choisi pour inaugurer ce domaine scientifique.

Bien plus tard, la carte des connexions a pu être générée chez des animaux plus complexes, comme la mouche ou la larve du poisson zèbre. Il connectome du cerveau humain Cela prendra beaucoup de temps, si jamais nous le voyons un jour. Nous avons environ 100 milliards de neurones : une énorme assiette de spaghetti !

Les cartes de connexion sans fil arrivent

Jusqu’à présent, tous les connectomes étaient des cartes de connexions filaires. Mais deux groupes de scientifiques viennent de publier le premier inventaire de toutes les liaisons sans fil chez C. elegans. Encore une fois, notre ver prend les devants.

La recherche s’est concentrée sur un type spécifique de connexions, celles qui utilisent des molécules appelées neuropeptides (semblables aux protéines) comme messagers chimiques. On pense qu’ils modulent la fonction d’autres connexions. Il premier groupe d’experts a prédit la carte des liaisons sans fil en fonction de l’expression des gènes dans les neurones. Et ils ont découvert qu’il était étonnamment différent du réseau de connexions par câble ou de synapses.

Les auteurs du deuxième article Ils ont utilisé l’optogénétique, une technique qui permet d’activer ou de désactiver les cellules nerveuses, et ont étudié ce qui était arrivé à leurs voisins. Après avoir analysé plus de 23 433 paires de neurones, ils ont constaté que la communication sans fil est bien plus importante qu’on ne le pensait auparavant. Au moins dans le ver, il semble que le réseau sans fil soit aussi nécessaire, complexe et diversifié que le système filaire.

Nous savons que la communication sans fil n’est pas réservée aux vers : elle a également été trouvée, par exemple, dans le cerveau des rats et des souris. Bien que leur importance dans le cerveau humain n’ait pas encore été étudiée, ils pourraient peut-être être très importants pour comprendre le fonctionnement de notre système nerveux et l’apparition de certaines maladies. Et aussi que se passe-t-il lorsque nous prenons des médicaments ou des drogues, car ils peuvent atteindre notre système nerveux et pirater nos connexions sans fil.

Nous verrons dans quelques années où nous mèneront le ver et le reste des animaux que nous utilisons dans la recherche sur le système nerveux. Et finalement, sur certaines choses, nous ne sommes pas si différents non plus.

***Cet article a été initialement publié dansLa conversation