Des recherches récentes utilisant l’optogénétique remettent en question les idées existantes sur le traitement sensoriel dans le cerveau, montrant que la modulation sensorielle pendant le mouvement est principalement influencée par les entrées du cortex somatosensoriel secondaire et du thalamus sensoriel, et non par le cortex moteur primaire. Cette découverte a des implications significatives pour le développement de technologies qui imitent l’intégration sensori-motrice humaine, offrant ainsi de nouvelles perspectives sur les fonctions complexes du cerveau.
Les scientifiques ont révélé de nouvelles connaissances sur l’impact des mouvements corporels sur les expériences sensorielles, remettant en question les visions traditionnelles dans le domaine des neurosciences.
Le cerveau est souvent considéré comme l’organe le plus complexe du corps humain. La manière complexe dont il traite les données sensorielles et l’interaction entre ces données et les fonctions motrices fascinent les chercheurs en neurosciences depuis plus de cent ans. Aujourd’hui, grâce à des outils et techniques de laboratoire avancés, les chercheurs peuvent utiliser des modèles animaux pour résoudre cette énigme, notamment dans le cerveau de la souris.
Durant le 20ème Au siècle dernier, des expériences avec des souris anesthésiées ont prouvé que les entrées sensorielles définissent principalement l’activité neuronale dans les cortex sensoriels primaires, les régions du cerveau traitant les informations sensorielles, notamment le toucher, la vision et l’audition. Cependant, au cours des dernières décennies, des études impliquant des souris éveillées ont révélé que le comportement spontané, tel que le mouvement exploratoire et le mouvement des moustaches appelé fouet, régule en réalité l’activité des réponses sensorielles dans les cortex sensoriels primaires. Autrement dit, les sensations au niveau neuronal semblent considérablement modulées par les mouvements corporels, même si les circuits neuronaux correspondants et les mécanismes sous-jacents ne sont pas entièrement compris.
Nouveaux efforts de recherche
Pour combler ce manque de connaissances, une équipe de recherche japonaise a étudié le cortex somatosensoriel primaire (S1), une région du cerveau de la souris qui gère les entrées tactiles des moustaches. Leur dernière étude, récemment publiée dans Le journal des neurosciences a été menée par le professeur Takayuki Yamashita de la Fujita Health University (FHU) et le Dr Masahiro Kawatani, affilié à la FHU et Université de Nagoyaavec leur équipe.
Grâce à l’optogénétique, des chercheurs de l’Université Fujita Health ont désactivé de manière sélective les voies neuronales avec la lumière, révélant ainsi de nouvelles informations sur la façon dont les zones sensorielles et motrices du cerveau de la souris communiquent pendant le mouvement. Crédit : Takayuki Yamashita de l’Université de santé Fujita
La région S1 reçoit des informations via les axones en provenance de plusieurs autres zones, notamment le cortex somatosensoriel secondaire (S2), le cortex moteur primaire (M1) et le thalamus sensoriel (TLM). Pour étudier comment ces régions modulent l’activité de S1, les chercheurs se sont tournés vers l’optogénétique (une technique permettant de contrôler les activités de populations neuronales spécifiques par la lumière) impliquant eOPN3, une protéine sensible à la lumière récemment découverte permettant une inhibition efficace de voies neuronales spécifiques en réponse à lumière. En utilisant des virus comme vecteur, ils ont introduit le gène codant pour cette protéine dans les régions M1, S2 et TLM chez la souris. Ensuite, ils ont mesuré l’activité neuronale de S1 chez des souris éveillées effectuant un fouettement spontané. Au cours de ce processus, ils ont inhibé sélectivement différentes entrées de signal allant vers S1 en utilisant la lumière comme interrupteur marche/arrêt et ont observé l’effet au niveau de S1.
Il est intéressant de noter que seules les entrées de signaux de S2 et TLM vers S1, et non de M1 vers S1, modulaient l’activité neuronale dans S1 lors du fouettage spontané. Plus précisément, le cheminement de S2 à S1 semble transmettre des informations sur l’état de mouvement des moustaches. De plus, la voie TLM vers S1 semble relayer des informations liées à la phase de fouettement spontané, qui suit un schéma répétitif et rythmé. Ces résultats remettent en question l’idée établie selon laquelle l’activité neuronale dans les cortex sensoriels est modulée principalement par les cortex moteurs pendant le mouvement, comme le remarque le professeur Yamashita : « Nos résultats provoquent une reconsidération du rôle des projections motrices-sensorielles dans l’intégration sensorimotrice et mettent en lumière une nouvelle théorie. fonction pour les projections S2 vers S1.
Implications pour la recherche et les applications futures
Une meilleure compréhension de la manière dont des régions cérébrales distinctes modulent leurs activités en réponse au mouvement pourrait conduire à des progrès dans une myriade de domaines appliqués. Ces résultats de recherche ont des implications considérables, susceptibles de révolutionner des domaines tels que l’intelligence artificielle (IA), les prothèses et les interfaces cerveau-ordinateur. « Comprendre ces mécanismes neuronaux pourrait grandement améliorer le développement de systèmes d’IA qui imitent l’intégration sensori-motrice humaine et aider à créer des prothèses et des interfaces plus intuitives pour les personnes handicapées », ajoute le professeur Yamashita.
En résumé, cette étude met en lumière le fonctionnement complexe du cerveau. Cela ouvre également la voie à la recherche du lien entre le mouvement du corps et la perception sensorielle. Alors que nous continuons à explorer les énigmes liées au cerveau, des études comme celle-ci offrent des indices essentiels dans notre quête pour comprendre l’organe le plus complexe du corps humain.
L’étude a été financée par l’Agence japonaise pour la science et la technologie, la Société japonaise pour la promotion de la science, la Fondation Naito, la Fondation scientifique Takeda, la Fondation de recherche pour l’électrotechnologie de Chubu, l’Université de santé Fujita et le ministère de l’Éducation. Culture, Sports, Science et Technologie.
