Couplage cytoélectrique : champs électriques fins

Résumé: Les scientifiques présentent une hypothèse appelée "Couplage cytoélectrique" suggérant que les champs électriques dans le cerveau peuvent manipuler les composants sous-cellulaires neuronaux, optimisant ainsi la stabilité et l'efficacité du réseau. Ils proposent que ces champs permettent aux neurones d'ajuster le réseau de traitement de l'information jusqu'au niveau moléculaire.

Comparativement, ce processus s'apparente aux ménages qui organisent leur configuration TV pour une expérience de visionnage optimale. La théorie, ouverte aux tests, pourrait considérablement améliorer notre compréhension du fonctionnement interne du cerveau.

Faits marquants:

Source:Institut Picower pour l'apprentissage et la mémoire

Pour produire ses nombreuses fonctions, y compris la pensée, le cerveau travaille à plusieurs échelles. Les informations telles que les objectifs ou les images sont représentées par une activité électrique coordonnée entre les réseaux de neurones, tandis qu'à l'intérieur et autour de chaque neurone, un mélange de protéines et d'autres produits chimiques exécute physiquement la mécanique de la participation au réseau.

Un nouvel article de chercheurs du MIT, de la City-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 optimiser la stabilité et l'efficacité du réseau, une hypothèse que les auteurs appellent "Cytoelectric Coupling".

"Les informations que le cerveau traite jouent un rôle dans le réglage fin du réseau jusqu'au niveau moléculaire", a déclaré Earl K. Miller, professeur Picower à l'Institut Picower pour l'apprentissage et la mémoire au MIT, co-auteur de l'article dans Progress in Neurobiology avec le professeur agrégé Dimitris Pinotsis du MIT et de la City - University of London, et le professeur Gene Fridman de Johns Hopkins.

"Le cerveau s'adapte à un monde en évolution", a déclaré Pinotsis. "Ses protéines et ses molécules changent aussi. Elles peuvent avoir des charges électriques et doivent rattraper les neurones qui traitent, stockent et transmettent des informations à l'aide de signaux électriques. Interagir avec les champs électriques des neurones semble nécessaire."

Penser dans les champs

L'un des principaux objectifs du laboratoire de Miller est d'étudier comment des fonctions cognitives de niveau supérieur telles que la mémoire de travail peuvent émerger rapidement, de manière flexible et fiable de l'activité de millions de neurones individuels.

Les neurones sont capables de former dynamiquement des circuits en créant et en supprimant des connexions, appelées synapses, ainsi qu'en renforçant ou en affaiblissant ces jonctions. Mais cela ne fait que former une "feuille de route" autour de laquelle les informations pourraient circuler, a déclaré Miller.

Les circuits neuronaux spécifiques qui représentent collectivement une pensée ou une autre, a découvert Miller, sont coordonnés par une activité rythmique, plus familièrement connue sous le nom d'"ondes cérébrales" de différentes fréquences.

Les rythmes "gamma" rapides aident à transmettre les images de notre vision (par exemple un muffin), tandis que les ondes "bêta" plus lentes peuvent transporter nos pensées plus profondes à propos de cette image (par exemple "trop ​​de calories").

Correctement chronométrées, les rafales de ces ondes peuvent porter des prédictions, permettre d'écrire, de conserver et de lire des informations dans la mémoire de travail, a montré le laboratoire de Miller. Ils se décomposent également lorsque la mémoire de travail le fait.

Le laboratoire a rapporté des preuves que le cerveau pourrait manipuler distinctement les rythmes dans des emplacements physiques spécifiques pour organiser davantage les neurones pour une cognition flexible, un concept appelé "Spatial Computing".

D'autres 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 représentées de manière stable par les champs électriques globaux générés par leur activité collective.

Couplage cytoélectrique

Dans la nouvelle étude, les auteurs combinent ce modèle d'activité électrique rythmique coordonnant les réseaux de neurones avec d'autres éléments de preuve indiquant que les champs électriques peuvent influencer les neurones au niveau moléculaire.

Les chercheurs, par exemple, ont étudié le couplage éphaptique, dans lequel les neurones influencent les propriétés électriques les uns des autres via la proximité de leurs membranes, plutôt que de s'appuyer uniquement sur les échanges électrochimiques à travers les synapses. Cette diaphonie électrique peut affecter les fonctions neuronales, y compris quand et si elles augmentent pour relayer les signaux électriques vers d'autres neurones dans un circuit.

Miller, Pinotsis et Fridman citent également des recherches montrant d'autres influences électriques sur les cellules et leurs composants, notamment comment le développement neuronal est guidé par les champs et que les microtubules peuvent être alignés par eux.

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

Pour le dire (vaguement) en termes de patate douce, le succès d'un réseau de télévision n'est pas seulement sa capacité à transmettre un signal clair à des millions de foyers. Ce qui est également important, ce sont les détails aussi fins que la façon dont chaque foyer de téléspectateur organise son téléviseur, son système audio et ses meubles de salon pour maximiser l'expérience.

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

"Le couplage cytoélectrique relie les informations au niveau méso et macroscopique jusqu'au niveau microscopique des protéines qui sont la base moléculaire de la mémoire", écrivent les auteurs dans l'article.

L'article expose la logique inspirant le couplage cytoélectrique. "Nous proposons 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), de l'Office of Naval Research des États-Unis, de la Fondation JPB et de l'Institut Picower pour l'apprentissage et la mémoire.

Auteur:David OrensteinSource:Institut Picower pour l'apprentissage et la mémoireContact:David Orenstein - Institut Picower pour l'apprentissage et la mémoireImage:L'image est créditée à Neuroscience News

Recherche originale : Accès libre. "Couplage cytoélectrique : les champs électriques sculptent l'activité neuronale et "ajustent" l'infrastructure du cerveau" par Earl K. Miller et al. Progrès en neurobiologie

Abstrait

Couplage cytoélectrique : les champs électriques sculptent l'activité neuronale et "ajustent" l'infrastructure du cerveau

Nous proposons et présentons des preuves convergentes de l'hypothèse du couplage cytoélectrique : les champs électriques générés par les neurones sont causals jusqu'au niveau du cytosquelette.

Ceci pourrait être réalisé via l'électrodiffusion et la mécanotransduction et les échanges entre énergie électrique, potentielle et chimique. Le couplage éphaptique organise l'activité neuronale, formant des ensembles neuronaux au niveau macro.

Ces informations se propagent au niveau des neurones, affectant le dopage, et jusqu'au niveau moléculaire pour stabiliser le cytosquelette, le « réglant » pour traiter les informations plus efficacement.

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