Les chercheurs ont découvert que des neurones spécifiques du thalamus jouent un rôle clé dans le traitement des signaux provenant du cœur et des poumons, offrant ainsi un aperçu de l’intégration cerveau-corps. Crédit : Issues.fr.com
Des scientifiques de l'École de médecine de l'UNC, de l'École de médecine de la WVU et de l'Institut fédéral suisse de technologie ont découvert que des neurones spécifiques du cerveau sont activement impliqués dans le traitement des signaux cardiaques et respiratoires.
Le cerveau humain reçoit en permanence des informations du corps, notamment des organes internes tels que le cœur et les poumons. Ces informations parviennent rarement à la conscience, mais elles sont cruciales pour maintenir un corps sain et pour influencer les performances du cerveau, notamment la perception, les émotions et la cognition. Aujourd’hui, les chercheurs étudient comment exactement le cerveau traite le flux d’informations entrant en provenance du cœur et des poumons, ce qui conduit à une compréhension plus large de l’intégration cerveau-corps et de la santé ou de la maladie qui en résulte.
Des découvertes révolutionnaires en neurosciences
Publier leurs travaux dans le Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS), co-auteurs principaux Vibhor Krishna, MD, professeur agrégé de neurochirurgie à l'École de médecine de l'UNC ; Ali Rezai, MD, directeur du Rockefeller Neuroscience Institute et doyen associé des neurosciences à la West Virginia School of Medicine ; et Olaf Blanke, MD, PhD, directeur du laboratoire de neurosciences cognitives à l'École polytechnique fédérale de Suisse, ont découvert que des neurones spécifiques du thalamus sont activement impliqués dans le traitement des signaux cardiaques et respiratoires.
« Chaque battement de cœur et chaque respiration crée un flux riche et entrant d'informations sensorielles pour le cerveau humain », a déclaré Krishna. « Cependant, une compréhension plus approfondie de la manière dont le cerveau intègre ces informations reste difficile à atteindre. Nous souhaitions découvrir comment le cerveau humain parvient à intégrer les informations cardio-respiratoires et si sa dégradation est liée à des troubles du cerveau, du cœur ou des poumons observés en clinique.
Au fil des années, des équipes cliniques et de recherche ont collaboré pour étudier minutieusement cette intégration en utilisant une technique établie d’enregistrement par microélectrodes lors d’une chirurgie de stimulation cérébrale profonde. En utilisant une nouvelle approche pour étudier des neurones uniques dans trois régions thalamiques différentes, les chercheurs ont pu observer une implication fonctionnelle directe des neurones thalamiques et sous-thalamiques dans le traitement des signaux cardio-respiratoires. Ces informations peuvent aider à mieux caractériser la façon dont les régions sous-corticales du cerveau traitent les signaux via une voie fonctionnelle provenant des organes internes.
Techniques avancées en recherche neurologique
Pour mener à bien ces travaux, l’équipe de recherche a profité d’enregistrements par microélectrodes lors d’une stimulation cérébrale profonde chez des patients sous traitement pour des troubles neurologiques. Les chercheurs ont ensuite utilisé ces enregistrements pour étudier l'activité de neurones uniques liés aux fonctions cardiaques et respiratoires dans trois régions sous-corticales : le noyau intermédiaire ventral et le noyau caudal ventral du thalamus, ainsi que le noyau sous-thalamique.
Ils ont découvert qu'environ 70 % des neurones enregistrés étaient modulés soit par le rythme cardiaque, soit par l'intervalle cardiaque entre les battements, soit par la respiration.
Ces modèles de réponse cardiaque et respiratoire variaient considérablement selon les neurones, à la fois en termes de timing et de type de modulation, ont écrit les auteurs. Une proportion substantielle de ces neurones viscéraux – environ 30 % – répondaient à plus d’un des signaux testés, soulignant la spécialisation et l’intégration des signaux cardiaques et respiratoires dans le noyau sous-thalamique et les neurones thalamiques.
Implications et orientations futures
« Nous pensons que notre travail sera important pour plusieurs spécialisations médicales, notamment la cardiologie, la pneumologie, la neurologie, la psychiatrie et la recherche psychologique », a déclaré Krishna.
Rezai a ajouté : « Une meilleure compréhension du cerveau humain est la prochaine frontière. Et les collaborations interdisciplinaires entre neurochirurgiens fonctionnels et neuroscientifiques nous permettront d’ouvrir une fenêtre sans précédent sur le fonctionnement interne du cerveau humain.
Saluant cette recherche comme une avancée significative, Nelson Oyesiku, MD, PhD, président du département de neurochirurgie de l'UNC, a déclaré : « Nous comprenons que le cerveau maintient l'homéostasie dans tout le corps grâce à une régulation neurologique et endocrinienne directe. Cette recherche révèle que les informations entrantes en provenance du cœur et des poumons sont traitées dans les régions cérébrales thalamiques et sous-thalamiques, ainsi que dans d’autres régions, permettant à notre cerveau d’assumer efficacement son rôle dans la régulation des fonctions corporelles.
