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Le groupe du professeur Volterra parvient à observer au niveau le plus élémentaire les fascinantes interactions d'un astrocyte avec la multitude des synapses environnantes. Une avancée majeure vers la compréhension des fonctions cérébrales et de leurs altérations dans des situations pathologiques.
Dirigée par le professeur Andrea Volterra, une nouvelle étude, publiée dans Nature Neuroscience, jette un éclairage plus précis que jamais sur les relations intimes entre ces deux populations cellulaires majeures du cerveau que sont les neurones et les astrocytes. Les neurosciences modernes sont nées voici une centaine d'années de cette découverte : le cerveau est fait d'un réseau extrêmement dense de cellules nerveuses fonctionnellement connectées. Le secret de l'extraordinaire capacité de l'esprit humain devait donc être trouvé dans le mode de fonctionnement de ce réseau cellulaire cérébral, c'est-à-dire dans la façon dont les neurones communiquent entre eux, échangent et intègrent des informations. L'unité élémentaire à la base de cette communication neuronale est la synapse, jonction extrêmement fine où l'information est transférée d'un neurone à un autre via un messager chimique. Chaque neurone possède plusieurs milliers de synapses, ce qui représente un total d'une centaine de millions de millions de synapses pour un seul cerveau humain !
Il y a environ vingt ans, les choses se sont révélées plus complexes encore : il est apparu que les réseaux cérébraux sont composés non seulement de neurones interconnectés, mais également d'astrocytes qui leur sont associés. Dotés d'une morphologie complexe en forme d'étoile, ces derniers sont stratégiquement positionnés entre les neurones et les vaisseaux sanguins cérébraux. Ils ont été essentiellement considérés comme des cellules de support structural et métabolique des réseaux neuronaux. Jusqu'à ce jour, on pensait que ces cellules entraient en fonction principalement, sinon exclusivement, pendant une activité neuronale intense lorsqu'un ajustement du flux sanguin régional était nécessaire pour compenser les dépenses énergétiques causées par l'activité du circuit.
Synapses moins efficaces sans les astrocytes
La présente étude démontre que ce n'est pas la seule modalité d'activation et de fonctionnement des astrocytes et prouve leur extrême sensibilité ; en effet, ils réagissent même à une activité minimale provenant d'une seule synapse. Une telle activité neuronale minimale génère dans l'astrocyte une activité comparable confinée à l'environnement de la synapse et qui ne se propage pas aux vaisseaux sanguins. En outre, les chercheurs ont bloqué cette activité locale dans l'astrocyte et ont découvert que la communication au niveau des synapses individuelles devenait moins efficace : l'échange avec l'astrocyte fait donc partie du fonctionnement correct de la synapse. Une participation astrocytaire aussi intime aux fonctions du réseau neuronal n'avait jamais été dévoilée auparavant.
Les scientifiques ont pu littéralement voir les communications locales en s'approchant pratiquement au niveau d'une synapse unique, grâce à une technique de microscopie optique dynamique d'imagerie calcique à deux photons. Quelques années de mise au point méthodologique leur ont permis de suivre en temps réel des centaines de petits événements fonctionnels, d'une durée de l'ordre de quelques millisecondes, se produisant dans des portions infinitésimales d'un seul astrocyte en réponse à l'activité des synapses voisines. Cette avancée technologique entraîne un bond conceptuel dans notre compréhension des fonctions cérébrales et de leurs altérations dans des situations pathologiques. Les synapses et les astrocytes sont des partenaires intimement liés et indissociables : cette découverte capitale indique que la complexité des communications cérébrales et le pouvoir computationnel du cerveau pourraient, en réalité, dépasser de loin tout ce que l'on avait imaginé auparavant.