Une théorie des ondes pour expliquer l’équilibre neurochimique du cerveau

Dans une nouvelle étude, un groupe de chercheurs dirigé par le Dr Joshua Goldberg de l’Université hébraïque décrit un nouveau type d’onde neurochimique dans le cerveau. Leurs recherches, publiées dans Communications naturellesdévoile l’existence d’ondes progressives de l’acétylcholine neurochimique dans le striatum, une région du cerveau responsable des actions motivantes et des comportements habituels.

On pense généralement que la motivation à exécuter une action dépend de la libération d’un autre neurochimique, la dopamine, dans le striatum. Des recherches récentes ont montré que la dopamine est libérée selon des schémas ondulatoires dans le striatum. L’équipe dirigée par Goldberg a découvert que l’acétylcholine est également libérée dans le striatum selon des schémas ondulatoires. On a longtemps pensé que pour que le striatum fonctionne correctement, un équilibre devait être maintenu entre la libération de dopamine et d’acétylcholine dans le striatum, et que la perturbation de cet équilibre conduisait à des troubles du mouvement tels que la maladie de Parkinson.

La nouvelle étude propose un mécanisme mathématique par lequel des vagues simultanées d’acétylcholine et de dopamine apparaissent, ce qui pourrait représenter la manière dont cet équilibre est réalisé.

La recherche a été menée à l’aide d’outils génétiques de pointe et de techniques d’imagerie avancées, permettant à l’équipe de visualiser les ondes d’acétylcholine chez des animaux éveillés et se comportant bien. De plus, des techniques d’imagerie ont été utilisées pour observer l’interaction entre l’acétylcholine et la dopamine in vitro.

Grâce à une analyse mathématique rigoureuse, utilisant des modèles activateurs-inhibiteurs de réaction-diffusion et des simulations informatiques, l’équipe a proposé un modèle qui explique la formation des ondes progressives de l’acétylcholine (l’activateur) et de la dopamine (l’inhibiteur).

Points saillants de l’étude :

• Première description des ondes d’acétylcholine : dans le striatum d’animaux sains.
• La libération locale de dopamine est déclenchée par des neurones non dopaminergiques individuels : l’étude a démontré que l’activation électrique d’un seul neurone libérant de l’acétylcholine dans le striatum est suffisante pour induire une libération locale de dopamine à proximité.
• Un nouveau modèle pour expliquer comment les deux ondes neurochimiques apparaissent simultanément : L’étude propose un nouveau modèle mathématique basé sur l’interaction connue entre l’acétylcholine et la dopamine dans le striatum, qui peut donner lieu à la génération simultanée de ces ondes.

Enfin, l’étude fournit de solides prédictions testables sur la relation entre ces deux phénomènes d’ondes et le mécanisme neuronal à l’origine de leur formation. L’étude propose également que les axones dopaminergiques et acétylcholines (qui sont les très longs appendices des neurones dopaminergiques et acétylcholines) interagissent directement et localement dans le striatum, ce qui n’est pas la façon dont on pense traditionnellement que les neurones interagissent.