Réponse acide plus forte chez les souris épileptiques

Ils ont en outre découvert que la réponse REM des astrocytes s’intensifiait dans le cerveau épileptique, ce qui signifie que l’étude des changements environnementaux cérébraux associés au sommeil REM pourrait potentiellement être utilisée comme biomarqueur de la gravité de l’épileptogenèse.

Les résultats ont été détaillés dans la revue Cerveau le 3 mars 2023.

Les neurones sont sans aucun doute responsables du traitement de l’information dans le cerveau. Les astrocytes n’étaient pas considérés comme un élément essentiel du circuit d’information neuronal. Cependant, des découvertes récentes suggèrent que l’état de l’esprit, comme la conscience, le sommeil, la formation de la mémoire et la méta-plasticité peuvent tous être contrôlés par les actions des astrocytes.

Pour comprendre le rôle des astrocytes dans la fonction cérébrale, des protéines de détection fluorescentes ont été génétiquement exprimées dans les astrocytes de souris. Les chercheurs ont implanté une fibre optique dans l’hypothalamus latéral des souris, une partie du cerveau vitale pour contrôler notre état de sommeil ou d’éveil et le métabolisme de tout le corps.

La lumière d’excitation a été envoyée à travers cette fibre et les signaux de fluorescence émis ont été enregistrés. À l’aide d’une méthode nouvellement conçue, les chercheurs ont disséqué la concentration de calcium et le pH des astrocytes et les changements de volume sanguin cérébral local à partir des signaux optiques enregistrés.

Une nette modification des signaux optiques associés au sommeil paradoxal a été observée. Une diminution du calcium, une diminution du pH (c’est-à-dire une acidification) et une augmentation du volume sanguin cérébral local se sont produites. Les chercheurs ont identifié que l’acidification et les changements de volume sanguin produisent un effet important sur les signaux optiques ; ainsi, de nombreuses études précédentes utilisant la photométrie à fibre auraient pu mal interpréter leurs données enregistrées.

L’acidification était particulièrement inattendue, car la solution intracellulaire de cellules est hautement tamponnée pour le pH. Une forte acidification se produit lors d’une ischémie, mais les changements de pH n’ont pas été supposés se produire dans des conditions physiologiques. Cette acidification des astrocytes peut entraîner l’amplification des signaux synaptiques et peut sous-tendre la formation de la mémoire pendant le sommeil paradoxal.

Fait intéressant, les changements dans l’environnement cérébral local détectés avec les enregistrements optiques ont précédé le changement de signature de l’activité électrique neuronale d’ensemble détectée avec l’électroencéphalogramme de près de 20 secondes. Cela suggère que les astrocytes et les changements vasculaires contrôlent l’état de l’activité neuronale. La transition vers le sommeil paradoxal peut également être prédite à partir de ces changements environnementaux locaux du cerveau.

“Pendant le sommeil paradoxal, les expériences antérieures sont triées et mémorisées ou oubliées, et ce processus est probablement perçu comme des rêves”, explique le professeur Ko Matsui du laboratoire Super-network Brain Physiology de l’Université de Tohoku, qui a dirigé la recherche. “L’acidification des astrocytes peut contrôler la probabilité que la plasticité se produise dans les circuits neuronaux.”

Les chercheurs ont ensuite étudié comment les propriétés du sommeil paradoxal changent avec l’épilepsie. Des stimuli répétés à l’hippocampe d’une souris produisent un cerveau sujet à l’hyperactivité et cette méthode “d’allumage” a été utilisée comme modèle d’épileptogenèse. Après l’allumage, des épisodes de sommeil paradoxal spontanés ont été enregistrés. Étonnamment, très peu de diminutions du calcium astrocytaire et d’augmentations locales du volume sanguin cérébral se sont produites pendant le sommeil paradoxal, et une forte réponse acide a été enregistrée à partir des astrocytes.

“Notre étude précédente a montré une réponse acide accrue des astrocytes associée à des crises d’épilepsie intensifiées”, déclare l’investigateur principal de l’étude, le Dr Yoko Ikoma. “L’information est transmise et traitée avec des signaux électriques dans les neurones. Le pH des astrocytes peut contrôler ces activités neuronales à la fois dans la physiologie et dans la maladie.”

La surveillance du pH global et du débit sanguin cérébral local est possible chez l’homme à l’aide de l’IRMf. Ikoma dit que ces changements environnementaux locaux du cerveau associés au sommeil paradoxal peuvent potentiellement être utilisés pour diagnostiquer la gravité de l’épilepsie chez les patients humains. “Une stratégie thérapeutique conçue pour contrôler le pH des astrocytes pourrait potentiellement être utilisée pour prévenir l’exacerbation de l’épilepsie.”