Circuits cérébraux liés à la vigilance

La façon dont vous êtes alerte, ou vigilant, au cours de votre journée peut affecter votre capacité à effectuer des tâches quotidiennes. De nombreux facteurs peuvent modifier votre niveau de vigilance, comme la quantité de sommeil ou de caféine que vous avez consommée. Le fait d’être trop alerte ou pas assez alerte peut également être le signe de certains troubles mentaux, comme l’anxiété, la manie ou la dépression.

Les scientifiques ont beaucoup appris sur la façon dont le cerveau régule le fait d’être endormi ou éveillé en général. Mais on en sait moins sur la façon dont le cerveau régule les changements de vigilance au cours de la journée.

Pour rechercher quelles cellules cérébrales (neurones) régulent la vigilance, une équipe dirigée par les docteurs Karl Deisseroth et Matthew Lovett-Barron de l’Université de Stanford a analysé l’activité des cellules cérébrales chez le poisson zèbre et les souris tout en mesurant leurs temps de réaction. La recherche a été soutenue en partie par le National Institute of Mental Health (NIMH) et le National Institute on Drug Abuse (NIDA) du NIH. Les résultats ont été publiés en ligne dans Cell le 2 novembre 2017.

L’équipe a créé une technique appelée MultiMAP (Multiplexed-alignment of Molecular and Activity Phenotypes) pour suivre et identifier les neurones et les circuits activés pendant un état cérébral particulier. À l’aide de cette technique, les chercheurs ont suivi l’activité de dizaines de milliers de cellules cérébrales de poissons zèbres pendant qu’on leur présentait un stimulus imitant l’approche d’un prédateur. Ils ont évalué la vigilance en mesurant le temps qu’il fallait aux poissons pour remuer leur queue en réponse au stimulus menaçant.

Une analyse moléculaire a permis d’identifier plusieurs types de cellules différentes qui étaient activées lorsque les poissons étaient les plus alertes et réactifs. Il s’agissait notamment de neurones qui libèrent des messagers chimiques qui modifient l’activité d’autres cellules du cerveau. Confirmant les résultats d’études antérieures, ils ont identifié les neurones sécrétant de la norépinéphrine comme étant actifs lors de la vigilance. En outre, leur technique leur a permis d’identifier d’autres types de cellules dont l’implication dans la vigilance n’avait pas été démontrée auparavant, notamment les neurones sécrétant de l’acétylcholine, de la sérotonine, de la dopamine et des peptides.

Les chercheurs ont recherché ces ensembles de cellules cérébrales dans le cerveau de la souris. Ils ont constaté qu’il existait des types de cellules et des circuits similaires régulant la vigilance chez la souris. L’activation de circuits spécifiques à l’aide de l’optogénétique, qui utilise la lumière pour activer ou inhiber des neurones spécifiques, rendait les souris plus alertes ou réduisait leur temps de réaction.

« La vigilance qui dérape marque des états tels que la manie et ceux observés dans le syndrome de stress post-traumatique et la dépression », déclare le directeur du NIMH, le Dr Joshua Gordon. « Se familiariser avec les acteurs moléculaires d’un comportement – comme le promet ce nouvel outil – pourrait un jour conduire à des interventions cliniques ciblant les états cérébraux dysfonctionnels. »