Le nerf de vagus stimule la motivation et la récompense de façons surprenantes

Une nouvelle recherche cartographie une autoroute intestinale du cerveau par laquelle passe le nerf vague.

Ce sont des moments passionnants en matière de recherche de pointe qui améliorent notre compréhension du nerf vague et de son fonctionnement. Cette semaine, deux nouvelles études ont été publiées. Elles illustrent comment le nerf vague communique des messages directement de l’intestin au cerveau dans le cadre d’un système de récompense et de motivation. La première étude, réalisée par des chercheurs de la faculté de médecine du Mont Sinaï, intitulée «Un circuit neuronal pour une récompense induite par l’intestin», a été publiée le 20 septembre dans la revue Cell . La deuxième étude, réalisée par des chercheurs de la faculté de médecine de l’Université Duke, intitulée «Un circuit neuronal du tube digestif pour la transduction sensorielle des nutriments», paraît dans le numéro du 21 septembre de Science .

Dessin anatomique précoce du nerf vague. Vagus signifie «errant» en latin. Le vagus est le nerf le plus long du corps humain. Les branches vagales gauche et droite «errent» du tronc cérébral jusqu’aux plus bas viscères de l’intestin.

Source: Bibliothèque Wellcome / domaine public

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Comme vous pouvez le constater en regardant cette longue illustration anatomique du nerf vague, le nerf «errant» est le plus long du corps humain; il voyage dans deux branches à branches multiples allant du tronc cérébral aux plus bas viscères de l’intestin.

En 1921, Otto Loewi isola le premier neurotransmetteur connu lorsqu’il remarqua que le nerf vague injectait une substance inhibitrice sur le cœur, aidant ainsi à calmer le système nerveux et à contrebalancer les réactions de combat ou de fuite. Aujourd’hui, nous appelons ce neurotransmetteur «acétylcholine», mais Loewi avait à l’origine inventé le terme «vagusstoff» (allemand pour «substance vague») pour décrire cette sécrétion semblable à un tranquillisant. Chaque fois que vous prenez un souffle diaphragmatique, la branche cardiaque de votre nerf vague aspire du vague sur votre cœur lors de l’expiration, ce qui est une des raisons pour laquelle prendre une profonde respiration est un aspect fondamental de la soi-disant «réaction de relaxation». Pour en savoir plus, voir «Exercices de respiration diaphragmatique et votre nerf vague» et «Le nerf vague facilitent les tripes intestinales et la grâce sous pression».

Presque un siècle après la découverte de vagusstoff par Loewi, deux études pionnières permettent de mieux comprendre comment les branches du nerf vague communiquent des messages intestin-cerveau en quelques millisecondes dans le cadre d’une autoroute neurale appelée axe intestin-cerveau.

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Historiquement, la plupart des experts pensaient que les hormones circulantes, par opposition à la communication directe via le nerf vague, transmettaient des signaux de récompense du tube digestif au cerveau dans le cadre de notre système de motivation. Ensemble, ces deux études de septembre 2018 de différentes revues à comité de lecture mettent en évidence des moyens surprenants de créer un circuit neuronal direct de la communication entre le tube digestif et le cerveau.

Dans la première étude susmentionnée, des chercheurs du mont Sinaï ont utilisé l’optogénétique pour expliquer comment des neurones de récompense spécifiques situés dans le vagus droit relient des cellules sensorielles périphériques à une population de neurones de récompense situés dans le cerveau. Les chercheurs ont notamment été surpris de constater que les neurones du nerf vague gauche étaient liés à la satiété, mais non à la récompense. Cette recherche novatrice révèle également que les branches gauche et droite du nerf vague montent asymétriquement dans le système nerveux central.

Cet article présente quatre faits saillants remarquables: (1) les chercheurs identifient un rôle critique de l’axe intestinal du cerveau dans la motivation et la récompense, (2) la stimulation optogénétique de l’axe intestinal du cerveau produit des comportements gratifiants. , (3) Les voies cérébrales asymétriques d’origine vagale induisent la motivation et l’activité dopaminergique, (4) Les neurones sensoriels vagaux innervants dans l’intestin sont des composants majeurs du circuit de récompense.

“Notre étude révèle, pour la première fois, l’existence d’une population neuronale de” neurones de récompense “parmi les cellules sensorielles de la branche droite du nerf vague,” Ivan de Araujo du département de neuroscience de la faculté de médecine d’Icahn à Mont Sinaï et auteur principal du journal ont déclaré dans un communiqué. “Nous nous sommes concentrés sur la remise en question de la vision traditionnelle selon laquelle le nerf vague n’est pas lié à la motivation et au plaisir et nous avons constaté que la stimulation du nerf, en particulier de la branche de l’intestin supérieur, est suffisante pour exciter fortement les neurones de récompense situés profondément dans le cerveau.”

“Nous avons été surpris d’apprendre que seule la branche vagale droite entre finalement en contact avec les neurones de récompense contenant du dopamine dans le tronc cérébral”, a déclaré l’auteur principal Wenfei Han, actuellement au laboratoire John B. Pierce de l’Université de Yale, dans un communiqué.

La dopamine est connue depuis longtemps comme un transmetteur neuronal qui favorise la récompense et la motivation. Selon les chercheurs, l’identification de la manière dont les neurones vagaux droits transmettent des signaux de récompense directement au cerveau ouvre la voie à de nouvelles cibles plus spécifiques de stimulation du nerf vague qui pourraient augmenter l’efficacité des thérapies de stimulation du nerf vague, telles que celles utilisées pour le traitement. dépression résistante. (Pour plus d’informations, voir «La stimulation du nerf vague offre un nouvel espoir pour la dépression majeure».)

L’axe intestin-cerveau peut être câblé (et non hormonal)

La deuxième étude récente sur la communication intestin-cerveau via le nerf vague suggère que, parce que les «sentiments intestinaux» voyagent à une vitesse si rapide, ils dépassent la diffusion hormonale. En fait, les chercheurs de Duke ont été choqués de constater qu’un signal allant de l’intestin au tronc cérébral chez la souris via l’axe intestin-cerveau passait à travers une seule synapse en moins de 100 millisecondes.

En 2015, Diego Bohórquez, auteur principal de la faculté de médecine de l’Université de Duke, a publié un article historique dans le Journal of Clinical Investigation montrant que des cellules spécifiques de l’intestin contenaient des synapses liées à un type de tapisserie neurale. Pour leur dernière étude de suivi (2018), Bohórquez et son équipe de laboratoire Duke Neurobiology ont entrepris de cartographier ces circuits neuronaux de l’intestin au cerveau.

Source: metamorworks / Shutterstock

Lorsque la première auteure, Maya Kaelberer, a étiqueté un virus de la rage à l’aide d’un colorant fluorescent vert et l’a injectée dans l’estomac de souris, elle a observé un circuit direct du nerf vague entre l’intestin et le tronc cérébral. Kaelberer et ses collègues ont été en mesure de recréer ce circuit neural intestin-cerveau en développant des cellules intestinales sensorielles de souris dans la même boîte de Pétri côte à côte avec des neurones vagaux. À son grand étonnement, Kaelberer observa les neurones du nerf vague rampant à la surface de la parabole et se connectant aux cellules de l’intestin. Ensuite, cet engramme neural a commencé à émettre des signaux synaptiques. Si du sucre était ajouté au mélange, le taux d’allumage des synapses devenait sensiblement plus rapide. Lorsque Kaelberer a mesuré la rapidité avec laquelle cette information était communiquée, elle fut surprise de constater que cela se passait en millisecondes et soupçonna le glutamate d’être un acteur clé dans ce processus. Elle avait raison.

Comme le résument les auteurs, «Ce circuit plus direct pour la signalisation intestinale utilise le glutamate comme neurotransmetteur. Ainsi, les signaux sensoriels qui stimulent l’intestin pourraient éventuellement être manipulés pour influencer des fonctions et comportements cérébraux spécifiques, y compris ceux liés aux choix alimentaires. »

Bien que cette étude portait sur des souris, Bohórquez et son équipe supposent que la structure et la fonction de ce circuit neural seront les mêmes chez l’homme. “Nous pensons que ces découvertes vont constituer la base biologique d’un nouveau sens”, a déclaré Bohórquez dans un communiqué. «Celui qui sert de point d’entrée pour que le cerveau sache quand l’estomac est plein de nourriture et de calories. Cela confère une légitimité à l’idée de «sentiment d’intestin» en tant que sixième sens. “(Pour plus d’informations, consultez:” Comment le nerf vague transmet-il les instincts d’intestin au cerveau? “)

Dans ses recherches futures, Bohórquez et son équipe de Duke souhaitent déterminer comment les signaux transmis du tube digestif au cerveau par le nerf vague nous aident à discerner de manière intuitive le contenu calorique et la nutrition contenus dans ce que nous mangeons et buvons.

Références

Wenfei Han, Luis A. Tellez, Matthew H. Perkins, Isaac O. Perez, Taoran Qu, Jozelia Ferreira, Tatiana L. Ferreira, Daniele Quinn, Zhong-Wu Liu, Xiao-Bing Gao, Mélanie M. Kaelberer, Diego V. Bohórquez, Sara J. Shammah-Lagnado, Guillaume de Lartigue, Ivan E. de Araujo. Cellule «Un circuit neuronal pour une récompense induite par l’intestin» (première publication: le 20 septembre 2018) DOI: 10.1016 / j.cell.2018.08.049

Melanie Maya Kaelberer, Kelly L. Buchanan, Marguerita E. Klein, Bradley B. Barth, Marcia M. Montoya, Xiling Shen, Diego V. Bohórquez. «Un circuit neuronal intestin-cerveau pour la transduction sensorielle des nutriments.» Science (première publication: le 21 septembre 2018) DOI: 10.1126 / science.aat5236