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Le fonctionnement du cerveau dans un environnement d'oxygène modifié

Le cerveau est particulièrement sensible aux fluctuations des niveaux d'oxygène (O2) car elles provoquent des changements au niveau de la morphologie cellulaire et de la fonction neuronale.
Le fonctionnement du cerveau dans un environnement d'oxygène modifié
Le maintien de la concentration d'O2 à un niveau approprié est de la plus haute importance pour la survie d'un organisme vivant. Tant des niveaux faibles d'O2 (hypoxie) que des niveaux élevés d'O2 (hyperoxie) ont un effet délétère sur les cellules. Pour étudier les résultats de l'hypoxie et l'hyperoxie sur la fonction neuronale, les scientifiques du projet BRAINCIROXCON (Functional and structural changes of brain circuitry in altered oxygen conditions), financé par l'UE, ont cherché à identifier des types neuronaux hautement sensibles à une concentration d'O2 modifiée.

À l'aide d'outils neuroanatomiques et de méthodes électrophysiologiques, ils ont cartographié les zones du cerveau endommagées et identifié les populations neuronales inhibitrices et excitatrices endommagées. La caractéristique la plus importante était les dommages du cytosquelette - comme indiqué par l'essai TUNEL et la coloration pour les marqueurs de l'apoptose - qui ont été détectés, principalement dans l'hippocampe. Curieusement, même quelques heures de faible hyperoxie (30 %) suffisaient pour causer des dommages neuronaux. Les lésions neuronales in vivo ont été validées à l'aide de l'imagerie par résonance magnétique (IRM).

L'activité du réseau neuronal a été mesurée par électroencéphalographe (EEG) avec électrodes multicanaux dans l'hippocampe sous différentes conditions d'O2 (normoxique, hypoxique et hyperoxique). Les observations préliminaires ont suggéré des changements significatifs dans l'oscillation du réseau hyperoxique et dans les conditions d'hypoxie, en plus d'une activité accrue des neurones inhibiteurs non identifiés.

Pour définir le mode de fonctionnement des neurones en réponse à différents niveaux d'O2, les chercheurs ont utilisé une méthode de cellule unique pour enregistrer l'activité électrique, les caractéristiques neuroanatomiques et neurochimiques des cellules individuelles. Aucun dommage neuronal n'a été observé dans les efforts d'analyse et du cortex préfrontal concentrés sur l'hippocampe. L'analyse moléculaire des neurones endommagés devrait déterminer les mécanismes sous-jacents qui régissent le rôle des niveaux d'O2 sur le phénotype observé.

Collectivement, le projet BRAINCIROXCON a fourni des connaissances précieuses sur l'impact des niveaux d'O2 dans le cerveau. Les informations générées doivent aider à comprendre les mécanismes neuronaux qui sous-tendent à la neurodégénérescence et définissent les étapes clés de la réglementation et les stratégies de thérapie directes. À long terme, cela améliorera les soins de santé et la qualité de vie des patients.

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Mots-clés

Cerveau, oxygène, hypoxie, hyperoxie, BRAINCIROXCON