Une Faille Dans Le Superordinateur

Ton cerveau est le superordinateur le plus avancé du monde. Mais dans la maladie de Huntington (MH), un processeur central de cet ordinateur commence à mal fonctionner. À l’aide de techniques d’imagerie avancées, un groupe de recherche de l’UCLA a examiné de près les circuits spécifiques qui déraillent dans les parties du cerveau les plus touchées par la MH – et comment la maladie les fait apparaître différemment. Ils ont découvert que les circuits spécifiques d’une région cérébrale centrale (le striatum) qui sont affectés dans la MH, appelés neurones épineux moyens, sont moins connectés et moins épineux qu’ils ne devraient l’être.

L’ordinateur le plus complexe du monde

L’ordinateur le plus complexe du monde n’est pas fait de micropuces – il est juste là, dans ta tête. Bien que les superordinateurs les plus rapides rivalisent avec le cerveau humain en termes de puissance de calcul brute, rien ne peut égaler l’extraordinaire flexibilité et l’efficacité de ton cerveau.

Juste pour te donner une idée approximative, le superordinateur le plus puissant à l’heure actuelle, nommé « El Capitan » en Californie, regroupe des équipements de pointe sur une surface équivalente à deux courts de tennis et consomme l’énergie d’une petite ville. Le cerveau n’a que la taille d’un pamplemousse et fonctionne avec l’énergie d’une ampoule à faible intensité, mais il atteint miraculeusement la même capacité de calcul. Sans oublier qu’El Capitan ne peut pas danser, chanter, attraper une balle, ou d’innombrables autres choses étonnantes que ton cerveau peut faire !

Il est clair qu’il est utile de comprendre comment fonctionne cet incroyable ordinateur dans ta tête, et aussi comment il fonctionne mal dans la MH. Alors, quelle partie de cet ordinateur est affectée dans la MH, et comment pouvons-nous comprendre ce qui ne va pas ? Un groupe de recherche de pointe de l’UCLA a appliqué des approches inventives pour répondre à ces questions.

Un dysfonctionnement informatique central dans la MH

Le cerveau n’est pas tout à fait comme un ordinateur fait de micropuces, mais il y a quelques similitudes. D’une part, le cerveau traite l’information par des entrées et des sorties. Ce traitement se fait à l’aide de cellules spécialisées appelées neurones, qui fonctionnent un peu comme des circuits dans une micropuce. Et comme un ordinateur, le cerveau est organisé en différentes parties qui traitent différentes choses.

Le cerveau compte un incroyable 86 milliards de neurones et autant de cellules de soutien, ce qui représente à peu près autant de cellules qu’il y a d’étoiles dans la Voie lactée. L’ampleur de ce que ton cerveau peut faire avec toutes ces cellules cérébrales est vraiment stupéfiante. El Capitan n’arrive pas à la cheville.

L’une des parties les plus importantes de notre incroyable ordinateur est une région centrale du cerveau appelée le striatum, qui est elle-même divisée en noyau caudé et putamen.

Tu peux considérer le striatum comme la gare centrale de nombreux processus cérébraux – un endroit où de nombreux circuits se connectent. Le striatum est l’une des parties du cerveau les plus touchées par la MH, c’est pourquoi les symptômes de la MH peuvent être si divers, incluant des mouvements incontrôlés, des problèmes d’humeur et des difficultés de réflexion. Donc, pour comprendre la MH, tu dois comprendre le striatum.

Un type de circuit spécial est affecté dans la MH

Certaines parties du cerveau ont des dizaines et des dizaines de types de neurones différents, mais heureusement, les neurones trouvés dans le striatum ne sont pas aussi divers que dans d’autres parties du cerveau. Cela rend le striatum un peu plus facile à comprendre.

Tu peux considérer le striatum comme un cluster de traitement dans ton ordinateur, avec de nombreux circuits qui se ressemblent. Ces circuits du striatum sont appelés neurones épineux moyens, et ils représentent la plupart des neurones qui s’y trouvent. « Neurone épineux moyen » peut sembler être un nom inventé, mais c’est vraiment ainsi que les scientifiques les appellent, en raison de leur apparence ! Ils sont de taille moyenne et très épineux. Tu les as peut-être aussi vus appelés NEM en abrégé.

Pourquoi les neurones épineux moyens sont-ils si épineux ? C’est parce que chaque neurone épineux moyen reçoit des signaux de nombreux autres neurones du cerveau, et chacune de ces entrées se fait par une petite épine qui dépasse du neurone épineux moyen. Les neurones épineux moyens ont de nombreuses entrées, c’est pourquoi ils ont de nombreuses épines. C’est la gare centrale du cerveau, tu te souviens ?

Les neurones épineux moyens sont clairement très importants, mais nous ne savons pas exactement comment ils sont individuellement connectés au reste du cerveau, juste qu’ils ont de nombreuses entrées. Ce sont les neurones épineux moyens qui sont particulièrement vulnérables dans la MH, ce qui, selon les scientifiques, provoque le dysfonctionnement du striatum et les symptômes de la MH.

Cartographier les circuits en trois dimensions

Étonnamment, très peu de recherches ont été menées sur l’apparence des neurones épineux moyens, à part le fait qu’ils sont épineux. Se ressemblent-ils tous ? À quoi ressemblent-ils lorsqu’ils sont endommagés dans la MH ? Un groupe de recherche renommé de l’UCLA dirigé par le Dr X. William Yang a décidé de cartographier l’apparence des neurones épineux moyens dans le cerveau, et ce qui leur arrive dans la MH.

Pour ce faire, le groupe a marqué les neurones épineux moyens afin qu’ils brillent sous un microscope, et a également marqué chaque épine – appelée épine dendritique, ou simplement dendrite. Ils n’ont pas pu effectuer ce marquage sur des cerveaux humains, ils l’ont donc fait sur des cerveaux de souris qui ont également un striatum. Après avoir marqué les neurones épineux moyens et leurs épines (dendrites), ils ont coupé le striatum en tranches et ont pris des images détaillées de chaque tranche pour voir à quoi ressemblaient les neurones épineux moyens.

C’est un peu comme couper un moule de gelée dense avec de petits fruits dispersés à l’intérieur, afin de pouvoir voir plus facilement les fruits. Cela a permis aux chercheurs de voir à quoi ressemblaient les neurones épineux moyens en trois dimensions dans chaque tranche. Remarquablement, c’est la première fois que quelqu’un examine les neurones épineux moyens de cette manière ! Alors, qu’ont-ils vu ?

Tous les circuits ne se ressemblent pas

Le striatum est en fait divisé en d’autres clusters de traitement, même s’ils ont tous des neurones épineux moyens qui sont affectés dans la MH. Les chercheurs ont donc décidé d’évaluer l’apparence des neurones épineux moyens dans ces différents clusters.

Ils ont mesuré toutes sortes de variables concernant les neurones épineux moyens, comme le nombre d’épines qu’ils possèdent, leur longueur et la fréquence à laquelle les épines se ramifient en épines plus petites. C’est un peu comme regarder les circuits dans une partie spécifique d’un ordinateur, et étudier la longueur de chacun des circuits et où ils vont.

Fait intéressant, les neurones épineux moyens ont une apparence légèrement différente dans différentes parties du striatum. Dans certaines parties du striatum, les épines sont plus longues que dans d’autres, dans d’autres parties, elles sont plus courtes. Dans certaines parties du striatum, les épines sont plus nombreuses, et dans certaines parties, elles sont plus ramifiées. Il est clair qu’il y a beaucoup plus de choses qui se passent avec la façon dont ces neurones épineux moyens sont câblés dans le striatum que nous ne le savions auparavant.

Dans la MH, moins de connexions de circuits qu’il ne devrait y en avoir

Les neurones épineux moyens du striatum sont particulièrement vulnérables dans la MH, et commencent à mal fonctionner et à disparaître très tôt dans la maladie. Alors, qu’ont observé les scientifiques concernant la forme et l’apparence de ces différents circuits de neurones épineux moyens dans la MH ?

Pour étudier cela, ils ont effectué le même marquage, le même découpage du cerveau et la même imagerie microscopique, mais cette fois chez une souris qui modélise la MH avec une répétition CAG étendue. De manière intrigante, les neurones épineux moyens chez les souris MH étaient moins complexes et avaient moins de ramifications.

Cela suggère que dans la MH, il pourrait y avoir moins de connexions de circuits qu’il ne devrait y en avoir entre les neurones épineux moyens et le reste du cerveau. En d’autres termes, le dysfonctionnement du striatum dans la MH pourrait être lié à une connectivité plus faible avec le reste du cerveau, comme un cœur de traitement perdant des connexions avec le reste de l’ordinateur.

Comprendre comment les neurones affectés par la MH perdent leurs connexions avec le reste du cerveau est d’une importance capitale pour comprendre comment les réparer, ou les empêcher de mal fonctionner en premier lieu. Avec davantage d’études comme celles-ci, nous pourrons développer de meilleures façons de suivre et de traiter les causes de la MH à l’avenir.

Résumé

• Ton cerveau est l’ordinateur le plus complexe du monde
• La MH provoque le dysfonctionnement d’une partie spécifique de cet ordinateur, le striatum
• Des circuits spécifiques du striatum, appelés neurones épineux moyens, semblent être perdus dans la MH
• La recherche suggère que les neurones épineux moyens ont une apparence et des connexions légèrement différentes selon les parties du striatum
• Les neurones épineux moyens semblent moins complexes dans la MH et ont moins de connexions