Appariement de la forme et de la fonction des types de cellules cérébrales


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  • Les chercheurs de Cedars-Sinai ont créé des modèles générés par ordinateur pour combler le fossé entre les données “éprouvette” sur les neurones et la fonction de ces cellules dans le cerveau vivant. Leur étude, publiée dans la revue à comité de lecture Communication Nature, pourrait aider au développement de traitements pour les maladies et troubles neurologiques qui ciblent des types de neurones spécifiques en fonction de leurs rôles.

    “Ce travail nous permet de commencer à regarder le cerveau comme la machine complexe qu’il est, plutôt que comme un morceau de tissu homogène”, a déclaré Costas Anastassiou, PhD, chercheur dans les départements de neurologie, de neurochirurgie et de sciences biomédicales à Cedars. -Sinai et auteur principal de l’étude. “Une fois que nous sommes capables de faire la distinction entre les différents types de cellules, au lieu de dire que tout le cerveau est atteint d’une maladie, nous pouvons demander quels types de neurones sont affectés par la maladie et adapter les traitements à ces neurones.”

    Les neurones sont les principales unités fonctionnelles du cerveau. Les signaux traversant ces cellules — sous forme d’ondes électriques — donnent naissance à toutes les pensées, sensations, mouvements, souvenirs et émotions.

    L’étude a utilisé des données de souris de laboratoire pour établir une nouvelle méthode d’examen des relations entre le type et la fonction des neurones, et s’est concentrée sur le cortex visuel primaire de la souris, qui reçoit et traite les informations visuelles. C’est l’une des parties du cerveau les mieux étudiées – à la fois in vitro, où le tissu est étudié dans une boîte ou un tube à essai à l’extérieur de l’organisme vivant, et in vivo, où il est étudié chez l’animal vivant.

    Le but des enquêteurs était de relier les deux mondes.

    “Sur la base d’études in vitro sur la composition génétique et la structure physique, nous savons quelque chose sur l’apparence des différentes classes de neurones, mais pas sur leur fonction dans le cerveau vivant”, a déclaré Anastassiou. “Lorsque nous enregistrons l’activité des cellules cérébrales in vivo, nous pouvons voir à quoi les neurones réagissent et quelle est leur fonction, mais pas à quelles classes de neurones ils appartiennent.”

    Pour lier la forme à la fonction, les chercheurs ont d’abord utilisé des informations in vitro pour créer des modèles informatiques de divers types de neurones et pour simuler leurs schémas de signalisation.

    Ils ont ensuite profité de la toute dernière technologie d’enregistrement à un seul neurone pour observer l’activité dans le cerveau de souris de laboratoire alors que les souris étaient exposées à différents types de stimuli visuels. Sur la base des formes des signaux ou “pointes” des neurones en réponse à une entrée visuelle, les enquêteurs ont séparé les cellules qu’ils ont enregistrées en six groupes.

    “Une fois que nous avons eu nos modèles et nos données in vivo, la question fondamentale était de savoir quels modèles informatiques produisaient la forme de signalisation et la forme d’onde les plus similaires à chacun des six clusters in vivo que nous avons identifiés, et vice versa”, a déclaré Anastassiou. “Tous les clusters et modèles in vivo ne correspondaient pas parfaitement, mais certains l’étaient.”

    Plus de données, et peut-être des expériences impliquant des stimuli visuels plus sophistiqués, pourraient être nécessaires pour faire correspondre tous les modèles informatiques et les grappes de cellules, et Anastassiou a déclaré que les études futures seront consacrées au perfectionnement de la méthode établie dans le document actuel.

    “Il existe une mine d’informations sur l’identité des types de cellules dans le cerveau humain, mais pas sur le rôle de ces types de cellules dans le fonctionnement cognitif ou sur la manière dont ils sont affectés par la maladie”, a déclaré Anastassiou. “Maintenant, il y a une fenêtre à travers laquelle nous pouvons regarder ces choses et poser ces questions. Il est clair que nous avons un long chemin à parcourir, mais nous sommes ravis des prochaines étapes de ce voyage.”

    Le but ultime est d’ouvrir la voie à des découvertes qui changent la vie des patients.

    « Nos chercheurs s’efforcent continuellement d’élargir nos connaissances sur le fonctionnement du cerveau humain au niveau le plus détaillé », a déclaré Keith L. Black, MD, président du département de neurochirurgie et titulaire de la chaire Ruth et Lawrence Harvey en neurosciences au Cedars. -Sinaï. “Identifier le type et la fonction spécifiques de chaque neurone pourrait un jour conduire à la découverte de traitements vitaux pour les maladies du cerveau et les troubles neurologiques.”

    mm

    La Rédaction

    L'équipe rédactionnelle

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