Des scientifiques de Harvard cartographient en temps réel les signaux de tension dans les dendrites cérébrales vivantes

Comprendre comment les neurones individuels calculent et apprennent nécessite de savoir exactement comment les signaux électriques se propagent à travers leurs élaborées structures ramifiées appelées dendrites. Ces ramifications reçoivent les signaux d'entrée de milliers d'autres neurones et relaient les impulsions de rétroaction depuis le corps cellulaire. Jusqu'à présent, cartographier ces dynamiques chez un animal vivant était techniquement hors de portée.

Des chercheurs de l'Université Harvard et du Janelia Research Campus ont combiné une stimulation ciblée par activation lumineuse avec une technique sophistiquée d'imagerie de tension à double plan pour observer simultanément l'activité électrique dendritique et somatique (corps cellulaire) dans les neurones pyramidaux de la couche corticale 2/3, chez des souris anesthésiées et éveillées. Ils ont suivi les signaux spontanés, évoqués par des stimuli sensoriels et déclenchés par optogénétique sur l'ensemble de l'arborisation dendritique.

La découverte principale remet en question une hypothèse largement répandue : plutôt que différentes branches dendritiques se comportent comme des unités de calcul électriquement isolées, les chercheurs ont constaté que le potentiel de membrane était largement corrélé sur l'ensemble de l'arborisation. La compartimentation au sein des branches individuelles s'est révélée étonnamment faible. Cependant, ils ont découvert un puissant effet dépendant de l'historique — les potentiels d'action se rétropropageant (impulsions électriques voyageant du corps cellulaire vers les dendrites) pénétraient bien moins efficacement dans les branches distales après des bouffées récentes d'activité.

Ce filtrage des signaux vers les dendrites distales, dépendant de l'historique des potentiels d'action, pourrait agir comme un verrou dynamique, régulant quand et où la plasticité synaptique est déclenchée. En substance, l'activité récente d'un neurone détermine à quel point les signaux ultérieurs influencent ses propres règles d'apprentissage — un mécanisme qui pourrait sous-tendre la plasticité dépendante des bouffées, un cadre théorique de référence pour expliquer comment les synapses se renforcent lors de l'apprentissage.

Pour la recherche sur la santé cérébrale et la longévité cognitive, ces résultats sont importants car les règles de plasticité régissent la formation de la mémoire, l'apprentissage et la réparation neuronale. Des perturbations de la signalisation dendritique sont impliquées dans la maladie d'Alzheimer et d'autres maladies neurodégénératives. Ces travaux fournissent une nouvelle base technique pour étudier ces perturbations au niveau cellulaire dans des tissus vivants.