Découverte d'un signal cérébral qui remet en perspective la puissance phénoménale de notre cerveau

Des scientifiques ont récemment découvert que les cellules nichées dans les couches les plus externes de notre cerveau généraient un signal électrique particulier, qui pourrait expliquer ses capacités uniques.

Mieux comprendre les particularités du cerveau humain

Le cerveau humain est un système complexe composé de cellules nerveuses appelées neurones qui échangent des informations à l’aide de signaux électriques et chimiques. Dans le cadre de cette nouvelle étude présentée dans la revue Science, une équipe de chercheurs allemands a découvert que certaines cellules du cerveau humain transmettaient des signaux d’une façon jamais observée chez les rongeurs. Identifier de telles différences s’avère crucial pour la recherche : elles nous aident à comprendre les particularités du cerveau humain, ce qui peut mener à une meilleure compréhension de ses mécanismes et à une meilleure modélisation de ce dernier.

Les chercheurs ont examiné des tranches de cerveaux de patients atteints d’épilepsie ou de tumeurs et se sont concentrés sur les dendrites : les prolongements en forme de branches des cellules cérébrales qui se connectent aux autres cellules du cerveau, permettant l’échange d’informations dans les deuxième et troisième couches du cortex cérébral, constituant la couche la plus externe de notre encéphale. Les patients épileptiques ont été choisis parce que les chirurgies associées fournissent suffisamment de tissu cortical à analyser, tandis que les autres échantillons récoltés devaient permettre de s’assurer que les résultats ne se retrouvaient pas seulement chez les personnes épileptiques.

Fruit de l’expansion du cerveau humain au cours de notre évolution, notre cortex se révèle exceptionnellement épais (environ 3 millimètres) et renferme des arbres dendritiques de grande taille et extrêmement élaborés.

Une puissance de calcul phénoménale

La synapse est une structure qui permet d’envoyer des impulsions électriques entre deux neurones. Les neurones communiquent quant à eux par le biais d’événements électriques appelés « potentiels d’action » : une poussée d’activité électrique lorsqu’un neurone envoie de l’information à l’extérieur de la cellule. Des centaines d’entrées synaptiques dans un neurone déterminent si un potentiel d’action en résulte tandis que les propriétés électriques actives des dendrites déterminent les nombreuses transformations de l’entrée synaptique en potentiel d’action, ce qui signifie qu’elles constituent en quelque sorte la clé de la puissance de calcul d’un neurone.

En combinant technique électrophysiologique d’enregistrement des courants transitant à travers les membranes cellulaires, et imagerie par fluorescence, l’équipe a découvert dans les dendrites de ces neurones des classes de potentiel d’action inconnues auparavant, ce qui sous-entend que leur activité est beaucoup plus complexe qu’on ne l’imaginait. Les chercheurs ont noté que l’un de ces nouveaux types de potentiels d’action se déplaçait en utilisant uniquement des ions calcium chez l’humain, au lieu d’ions sodium et calcium chez les autres mammifères étudiés précédemment, ce qui lui permettait d’être beaucoup plus rapide et puissant.

Afin d’étudier le comportement de ces potentiels d’action, les scientifiques ont créé un modèle numérique et constaté qu’une arrivée d’influx nerveux massive dans les couches 2 et 3 du cortex pouvait être gérée par une seule et même dendrite chez l’Homme, alors que cette opération impliquait un réseau de neurones chez les rongeurs. Bien que des recherches complémentaires soient nécessaires, les scientifiques estiment que cette découverte pourrait constituer une étape importante dans la compréhension des capacités uniques du cerveau humain, et pourrait également permettre de développer des réseaux neuronaux artificiels encore plus efficaces.

Par Yann Contegat, le 19 janvier 2020