Comment les cerveaux en développement s’assemblent-ils et s’organisent-ils ?

Jul 30, 2023

Des zones cérébrales marquées très tôt par des schémas d’activité distincts, selon une étude marsupiale

par Tamara Bhandari•29 août 2023

Linda Richards, PhD, directrice (au microscope) du département de neurosciences de la faculté de médecine de l'université de Washington à Saint-Louis, a récemment publié une étude décrivant certains des premiers événements du développement du cerveau. Les résultats jettent les bases de la compréhension des racines de maladies cérébrales telles que l’épilepsie, l’autisme et la déficience intellectuelle.

Les bébés naissent avec un cerveau pré-organisé en zones dédiées au mouvement, à la vision, à l’audition et à d’autres fonctions, une infrastructure essentielle qui leur permet de commencer à découvrir le monde dès le moment où ils prennent leur première respiration. Mais on sait peu de choses sur la façon dont l'architecture du cerveau est construite en raison des défis liés à l'étude du développement cérébral avant la naissance.

Entrez les dunnarts à grosse queue, des marsupiaux ressemblant à des souris qui naissent après seulement 13 jours de gestation, avec un cerveau encore largement informe. En surveillant le développement cérébral des Dunnart Joeys à mesure qu'ils grandissaient dans la poche de leur mère, des chercheurs de la faculté de médecine de l'Université de Washington à Saint-Louis ont appris comment la surface externe du cerveau, connue sous le nom de cortex, s'organise et se structure. processus crucial qui a été pratiquement impénétrable à la recherche scientifique jusqu’à présent. Comprendre comment la structure cérébrale émerge normalement pourrait fournir des indices essentiels sur pourquoi et comment le processus se déroule parfois de travers, conduisant à des troubles neurologiques.

L'étude est disponible en ligne dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Même si le cortex est encore en formation, des modèles d'activité distincts émergent dans différentes zones fonctionnelles du cerveau", a déclaré l'auteur principal Linda J. Richards, PhD, professeur Edison de neurobiologie et chef du département de neurosciences. « Ces modèles peuvent être essentiels pour établir des connexions entre différentes zones du cerveau. Nous aimerions savoir comment une activité structurée se développe dans le cerveau et ce qui se produit en cas de problème. Comment les modifications de l’activité structurée perturbent-elles la configuration des circuits cérébraux, et quelles implications cela pourrait-il avoir pour des maladies cérébrales telles que l’épilepsie ou l’autisme ?

Le développement du système nerveux chez les mammifères, y compris les humains, commence par l'émergence d'un tube neural dans les premières semaines suivant la conception. Une extrémité du tube neural bourgeonne dans un cerveau ; l'autre s'allonge dans la moelle épinière. Pendant plusieurs semaines, les cellules de la surface externe du cerveau naissant s'organisent pour former le cortex cérébral, la surface externe froissée du cerveau responsable de la mémoire, de la pensée, de l'apprentissage, des sensations et des émotions. Un dunnart naît juste après la formation du tube neural, de sorte que son cortex cérébral se développe alors qu'il est dans la poche de sa mère. Chez l’homme, le cortex cérébral commence à se former environ cinq semaines après la conception et continue de se développer jusqu’au deuxième trimestre de la grossesse.

Avec Richards, l'équipe de recherche comprenait le co-auteur Geoffrey J. Goodhill, PhD, professeur de biologie du développement et de neurosciences à l'École de médecine ; ainsi que les co-premiers auteurs Rodrigo Suárez, PhD, Tobias Bluett et Michael H. McCullough, PhD, qui étaient tous à l'Université du Queensland en Australie lorsque la recherche initiale a été menée.

Lorsque les neurones sont actifs, les niveaux de calcium augmentent à l’intérieur des cellules. Pour surveiller l'activité neuronale dans le cerveau des enfants, les chercheurs ont utilisé un indicateur fluorescent qui brillait lorsque les niveaux de calcium augmentaient. Ils ont découvert que des modèles d’activité apparaissaient très tôt, alors même que de nouveaux neurones étaient encore en cours de génération et que la structure à six couches du cortex était encore en construction.

"Dès le début, vous commencez à avoir un peu d'activité, qui ne suit aucun schéma, mais dès que vous pouvez voir des schémas, ils sont différents dans les zones somatosensorielles et visuelles du cerveau", » dit Richards.

Des schémas d’activité distincts émergent à peu près au même moment où des connexions s’établissent entre le cortex et le thalamus, une structure en forme d’œuf située au milieu du cerveau qui transmet les signaux moteurs et sensoriels au cortex. Les chercheurs mènent actuellement d'autres études sur le rôle du thalamus dans le développement du cortex, a déclaré Richards.