Quand la maladie d’Alzheimer dégrade les cellules qui traversent les hémisphères, la mémoire visuelle en souffre

Les résultats de l’étude, publiés dans Neurone par une équipe de recherche basée à l’Institut Picower pour l’apprentissage et la mémoire, proviennent d’expériences sur des souris, mais fournissent une base physiologique et mécaniste pour des observations antérieures chez des patients humains : le degré de synchronisation du rythme cérébral diminué entre les régions homologues de chaque hémisphère est en corrélation avec le gravité clinique de la démence.

“Nous démontrons qu’il existe un circuit fonctionnel qui peut expliquer ce phénomène”, a déclaré l’auteur principal Chinnakkaruppan Adaikkan, un ancien postdoctorant de l’Institut Picower qui est maintenant professeur adjoint au Centre de recherche sur le cerveau de l’Institut indien des sciences (IISc) à Bangalore. . “D’une certaine manière, nous avons découvert une biologie fondamentale qui n’était pas connue auparavant.”

Plus précisément, les travaux d’Adaikkan ont identifié des neurones qui relient le cortex visuel primaire (V1) de chaque hémisphère et ont montré que lorsque les cellules sont perturbées, soit par des altérations génétiques modélisant la maladie d’Alzheimer, soit par des perturbations directes en laboratoire, la synchronisation du rythme cérébral se réduit et les souris deviennent significativement moins capables de remarquer quand un nouveau motif apparaissait sur un mur dans leurs enclos. Une telle reconnaissance de la nouveauté, qui nécessite une mémoire visuelle de ce qui était là la veille, est une capacité couramment perturbée dans la maladie d’Alzheimer.

“Cette étude démontre la propagation de la synchronisation du rythme gamma à travers les hémisphères cérébraux via la connectivité inter-hémisphérique”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Li-Huei Tsai, professeur Picower et directeur de l’Institut Picower et de l’Aging Brain Initiative du MIT. “Cela démontre également que la perturbation de ce circuit dans les modèles de souris AD est associée à des déficits comportementaux spécifiques.”

Cellules inter-hémisphériques

Dans l’étude, Adaikkan, Tsai, Thomas McHugh et leurs co-auteurs ont découvert et tracé des neurones V1 qui étendaient leurs axones tout au long du corps calleux, qui relie les hémisphères du cerveau, aux cellules du V1 de l’autre côté du cerveau. Là, ils ont découvert que les neurones hémisphériques croisés (CH) ont forgé des connexions, ou synapses, avec des cellules cibles, leur fournissant une stimulation « excitatrice » pour piloter leur activité. Adaikkan a également découvert que les neurones CH étaient beaucoup plus susceptibles d’être activés par une tâche de discrimination de la nouveauté que les neurones V1 en général ou les neurones d’autres régions fortement impliquées dans la mémoire telles que l’hippocampe ou le cortex préfrontal.

Curieux de savoir comment cela pourrait différer dans la maladie d’Alzheimer, l’équipe a examiné l’activité des cellules dans deux modèles différents de souris atteintes de la maladie d’Alzheimer. Ils ont constaté que l’activité des cellules CH était significativement réduite au cours de la maladie. Sans surprise, les souris Alzheimer se sont bien moins bien comportées dans les tâches de discrimination de la nouveauté.

L’équipe a examiné de près les cellules CH et a découvert qu’elles recueillaient les informations entrantes d’une variété d’autres cellules au sein de leur V1 et d’autres régions de leur hémisphère qui traitent les informations visuelles. Lorsqu’ils ont comparé les connexions entrantes des neurones CH sains à ceux des cellules CH atteintes de la maladie d’Alzheimer, ils ont découvert que les cellules atteintes de la maladie avaient beaucoup moins d’infrastructure pour héberger les connexions entrantes (mesurées en termes d’épines hébergeant des synapses dépassant de la forme de vigne). dendrites qui s’étendent hors du corps cellulaire).

Compte tenu des observations corrélant la réduction de la synchronisation du rythme cérébral et des performances de la mémoire dans la maladie d’Alzheimer, l’équipe s’est demandée si cela se produisait également chez les souris. Pour le savoir, ils ont conçu des électrodes sur mesure pour mesurer simultanément l’activité rythmique dans toutes les couches corticales du V1 de chaque hémisphère. Ils ont observé que la synchronie inter-hémisphérique augmentait considérablement entre les V1 lorsque les souris s’engageaient dans la discrimination de la nouveauté, mais que la synchronie, à la fois aux rythmes de fréquence “gamma” élevés et “thêta” inférieurs, était significativement plus faible chez les souris Alzheimer que chez les souris saines. .

La preuve d’Adaikkan à ce moment-là était solide, mais toujours seulement suggestive, que les neurones CH fournissaient les moyens par lesquels les régions V1 de chaque côté du cerveau pouvaient se coordonner pour permettre la discrimination de la nouveauté, et que cette capacité a été minée par la dégradation des cellules CH par Alzheimer. ‘ connectivité. Pour déterminer plus directement si le circuit CH jouait un tel rôle causal et conséquent, l’équipe est intervenue directement pour les perturber, en testant l’effet des perturbations ciblées.

Ils ont découvert que l’inhibition chimique des cellules CH perturbait la synchronisation du rythme entre les V1, reflétant les mesures prises chez les souris modèles de la maladie d’Alzheimer. De plus, la perturbation de l’activité CH a miné la capacité de discrimination de la nouveauté. Pour tester davantage si c’était la nature inter-hémisphérique des cellules qui importait spécifiquement, ils ont conçu des cellules CH pour qu’elles soient contrôlables avec des éclairs de lumière (une technologie appelée “optogénétique”). Lorsqu’ils ont fait briller la lumière sur les connexions, ils se sont forgés dans l’autre hémisphère pour les inhiber, ils ont constaté que cela compromettait à nouveau la capacité de discrimination visuelle.

Dans l’ensemble, les résultats de l’étude montrent que les cellules CH de V1 se connectent aux neurones de la zone homologue de l’hémisphère opposé pour synchroniser l’activité neuronale nécessaire à la reconnaissance correcte de la nouveauté, mais que la maladie d’Alzheimer endommage leur capacité à faire ce travail.

Adaikkan a déclaré qu’il était curieux d’examiner maintenant d’autres connexions potentielles entre les hémisphères et comment elles pourraient également être affectées dans la maladie d’Alzheimer. Il a dit qu’il voulait également étudier ce qui arrive à la synchronie à d’autres fréquences rythmiques.

Outre Adaikkan et Tsai, les autres auteurs de l’étude sont Jun Wang, Karim Abdelall, Steven Middleton, Lorenzo Bozzelli et Ian Wickersham.

La Fondation JPB, les National Institutes of Health et la Fondation Robert A. et Renee E. Belfer ont financé l’étude.