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L'assimilation cérébrale de l'information

L'une des questions essentielles que se posent les neurosciences concerne l'intégration des informations tant sensorielles que non sensorielles dans le cerveau. Un projet européen a ainsi étudié les mécanismes neuronaux responsables de l'intégration des stimulations visuelles et locomotrices.
L'assimilation cérébrale de l'information
Le cortex visuel primaire est le premier centre de traitement des informations visuelles dans le cortex cérébral. Dans ce cortex, l'information visuelle est traitée de manière différente en fonction des caractéristiques du stimulus.

Les quatre millions de neurones du cortex de la souris sont classés en fonction de leur morphologie, de leur biochimie et de leurs propriétés physiologiques. On trouve tout d'abord les neurones excitateurs (ou neurones pyramidaux) et les neurones inhibiteurs (ou interneurones). Ces neurones inhibiteurs sont eux-mêmes divisés en trois classes principales: les interneurones exprimant des neuropeptides comme la somatostatine (Sst), la parvalbumine (Pvalb) et le peptide vasoactif intestinal (Vip).

Le projet SENSMOD (Microcircuits for behavioral modulation of sensory cortex), financé par l'UE, avait donc pour objectif la compréhension des propriétés fonctionnelles distinctes de ces interneurones - Sst, Vip et Pvalb - dans le cortex visuel primaire de la souris.

La réponse visuelle est fortement régulée par le contexte (la locomotion par exemple). La plupart des neurones du cortex visuel montrent une réponse maximale aux stimuli de taille finie, un processus appelé sélectivité de taille. Les chercheurs ont étudié comment les neurones de différentes classes (Sst, Vip et Pvalb) modulent leur sélectivité de taille lors de la locomotion.

Lors des recherches précédentes, une seule condition (taille du stimulus ou locomotion) avait pu être observée avec quelques neurones seulement. L'approche des chercheurs est ici extrêmement innovante car ils ont pu enregistrer plusieurs centaines de réponses neuronales en fonction de la taille des stimuli et de la locomotion, le tout dans la même expérience.

Ces travaux ont montré que l'interaction fonctionnelle des neurones excitateurs et inhibiteurs dépendait fortement du contexte sensoriel et comportemental. Surtout, ces données permettent d'élucider plusieurs contradictions connues de la littérature scientifique et d'élaborer un nouveau modèle de modulation du signal.

Dans le modèle SENSMOD, les interneurones Vip et Sst s'inhibent mutuellement dans un circuit de type «le gagnant emporte tout» dépendant du stimulus, tout en modulant un sous-réseau de neurones excitateurs qui interagissent avec les neurones Pvalb. Ces résultats sont déterminants car les microcircuits corticaux cérébraux présentent de fortes similarités dans plusieurs zones corticales du cerveau des mammifères.

Ce modèle permet de montrer que le comportement anormal d'une classe spécifique de neurones pourrait conduire à une distorsion de la sélectivité de taille. Ces travaux pourraient jeter également une nouvelle lumière sur certaines maladies mentales comme la schizophrénie car la sélectivité de taille est significativement réduite chez les patients souffrant de cette pathologie.

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Mots-clés

Stimulation visuelle, locomotion, cortex visuel primaire, SENSMOD, comportement