Couplage électrique cellulaire : les champs électriques ajustent la fonction cérébrale

résumé: Les scientifiques ont avancé une hypothèse appelée « couplage cellule-électrique » selon laquelle les champs électriques dans le cerveau peuvent manipuler les composants des sous-unités neuronales, améliorant ainsi la stabilité et l’efficacité du réseau. Ils suggèrent que ces domaines permettent aux neurones d’ajuster le réseau de traitement de l’information jusqu’au niveau moléculaire.

Relativement parlant, le processus est similaire aux familles qui organisent leur installation TV pour une expérience de visionnage parfaite. La théorie, qui est ouverte aux tests, pourrait grandement faire progresser notre compréhension du fonctionnement interne du cerveau.

Faits marquants:

1. L’hypothèse du couplage cytoélectrique suggère que les champs électriques du cerveau peuvent ajuster la stabilité et l’efficacité du réseau en influençant les composants sous-neuronaux.
2. La capacité du cerveau à s’adapter à un monde en mutation implique des protéines et des molécules qui interagissent avec les champs électriques générés par les neurones.
3. Cette nouvelle théorie, qui propose une connexion de niveau microscopique à microscopique dans le cerveau, est une hypothèse vérifiable qui pourrait révolutionner notre compréhension du fonctionnement du cerveau.

source: Institut Piccoer pour l’apprentissage et la mémoire

Pour produire ses nombreuses fonctions, y compris la pensée, le cerveau opère à plusieurs niveaux. Les informations telles que les cibles ou les images sont représentées par une activité électrique coordonnée entre les réseaux de neurones, tandis que dans et autour de chaque neurone, un cocktail de protéines et d’autres produits chimiques exécutent les mécanismes impliqués dans le réseau.

Un nouvel article de chercheurs du MIT, de la City University – University of London et de l’Université Johns Hopkins postule que les champs électriques du réseau influencent la configuration physique des composants sous-cellulaires des neurones pour améliorer la stabilité et l’efficacité du réseau, une hypothèse que les auteurs appellent « couplage électrique cellulaire ». « 

Earl K. a dit : Miller, professeur Picower à l’Institut Picower pour l’apprentissage et la mémoire du MIT, co-auteur de l’article en Les avancées des neurosciences Avec le professeur adjoint Dimitris Pinoutsis du MIT et de la City University – University of London, et le professeur Jane Friedman de Johns Hopkins.

« Le cerveau s’adapte à un monde en mutation », a déclaré Benoutsis. « Les protéines et les molécules changent également. Elles peuvent avoir des charges électriques et doivent rattraper les neurones qui traitent, stockent et transmettent des informations à l’aide de signaux électriques. L’interaction avec les champs électriques des neurones semble essentielle. »

Penser par domaines

Le laboratoire de Miller se concentre principalement sur l’étude de la façon dont les fonctions cognitives de niveau supérieur telles que la mémoire de travail peuvent émerger rapidement, de manière flexible et pourtant fiable de l’activité de millions de neurones individuels.

Les neurones sont capables de façonner dynamiquement des circuits en créant et en supprimant des connexions appelées synapses, ainsi qu’en renforçant ou en affaiblissant ces connexions. Mais Miller a déclaré qu’il ne s’agissait que d’une « feuille de route » autour de laquelle les informations peuvent circuler.

Miller a découvert que des circuits neuronaux spécifiques qui représentent collectivement une pensée ou une autre sont coordonnés par une activité rythmique, familièrement appelée «ondes cérébrales» de fréquences différentes.

Les rythmes « gamma » rapides aident à transmettre les images de notre vision (par exemple, un beignet), tandis que les ondes « bêta » plus lentes peuvent véhiculer des réflexions plus profondes sur cette image (par exemple, « trop ​​de calories »).

Le laboratoire de Miller a montré que des rafales opportunes de ces ondes peuvent porter des prédictions et permettre l’écriture, la conservation et la lecture d’informations dans la mémoire de travail. Il se bloque lorsque la mémoire de travail le fait aussi.

Le laboratoire a rapporté des preuves que le cerveau peut manipuler explicitement les rythmes à des emplacements physiques spécifiques pour réguler davantage les neurones pour la cognition fluide, un concept appelé « calcul spatial ».

Des travaux récents du laboratoire ont montré que si la participation des neurones individuels au sein des réseaux peut être instable et peu fiable, les informations transportées par les réseaux dont ils font partie sont invariablement représentées par les champs électriques agrégés générés par leur activité collective.

Couplage électrique cellulaire

Dans la nouvelle étude, les auteurs ont combiné ce modèle de l’activité électrique rythmique orchestrant les réseaux de neurones avec d’autres éléments de preuve indiquant que les champs électriques peuvent influencer les neurones au niveau moléculaire.

Les chercheurs ont étudié, par exemple, le couplage adhésif, dans lequel les neurones influencent les propriétés électriques les uns des autres par la proximité de leurs membranes, plutôt que de compter uniquement sur les échanges électrochimiques à travers les synapses. Cette diaphonie électrique peut affecter les fonctions neuronales, y compris quand et si elles se déclenchent pour transmettre des signaux électriques à d’autres neurones du circuit.

Miller, Benoutsis et Friedman citent également des recherches montrant d’autres effets électriques sur les cellules et leurs composants, notamment comment le développement neuronal est dirigé par les champs et que les microtubules peuvent s’aligner avec eux.

Si le cerveau transporte des informations dans des champs électriques et que ces champs électriques sont capables de créer des neurones et d’autres éléments dans le cerveau qui forment un réseau, alors le cerveau est plus susceptible d’utiliser cette capacité. Les auteurs suggèrent que le cerveau peut utiliser des champs pour s’assurer que le réseau fait ce qu’il est censé faire.

Pour le dire (vaguement) en termes de pommes de terre, le succès de la télévision en réseau ne réside pas seulement dans sa capacité à envoyer un signal clair à des millions de foyers. Les petits détails comme la façon dont chaque maison organise l’affichage du téléviseur, le système audio et les meubles du salon sont également importants pour maximiser l’expérience.

La présence du réseau à la fois dans cette métaphore et dans le cerveau motive les participants individuels à configurer leur infrastructure pour s’engager de manière optimale, a déclaré Miller.

« Le couplage cytoélectrique relie les informations au niveau méso-échelle et macroscopique jusqu’au niveau microscopique des protéines qui forment la base moléculaire de la mémoire », écrivent les auteurs dans l’article.

L’article expose le raisonnement inspirant pour le couplage photovoltaïque. « Nous fournissons une hypothèse que n’importe qui peut tester », a déclaré Miller.

Financement: Le soutien à la recherche est venu du Royaume-Uni Research and Innovation (UKRI), du US Office of Naval Research, de la JPB Foundation et du Picower Institute for Learning and Memory.

À propos de cette recherche dans Neuroscience News

auteur: David Orenstein
source: Institut Piccoer pour l’apprentissage et la mémoire
communication: David Orenstein – Institut Picquer pour l’apprentissage et la mémoire
image: Image créditée à Neuroscience News

Recherche originale : libre accès.
« Couplage cytoélectrique : les champs électriques sculptent l’activité neuronale et « ajustent » l’infrastructure du cerveauPar Earl K. Miller et al. Les avancées des neurosciences

un résumé

Couplage cytoélectrique : les champs électriques sculptent l’activité neuronale et « ajustent » l’infrastructure du cerveau

Nous proposons et fournissons des preuves convergentes pour l’hypothèse du couplage cytoélectrique : les champs électriques générés par les neurones sont causaux jusqu’au niveau du cytosquelette.

Cela peut être accompli par diffusion électrique, transport mécanique et échanges entre énergie électrique, potentielle et chimique. Le couplage éphaptique régule l’activité neuronale, formant des amas neuronaux au niveau macro.

Cette information se propage jusqu’au niveau des neurones, affectant les élévations, et jusqu’au niveau moléculaire pour stabiliser le cytosquelette, le « réglant » pour traiter l’information plus efficacement.