Trop de connexions synaptiques dans le cervelet crée des problèmes

Source: adike / Shutterstock

Une nouvelle étude sur les détriments de trop de connexions synaptiques dans le cervelet de la souris par des neuroscientifiques à la Faculté de médecine de l'Université de Washington à Saint-Louis corrobore les recherches antérieures sur les troubles du spectre autistique (ASD) et le cervelet. Les chercheurs ont constaté que les souris avec des gènes associés à l'autisme qui avaient trop de synapses cérébelleuses avaient aussi énormément de difficulté à apprendre de nouvelles compétences motrices. ( Cerebellar est le mot qui signifie « cérébral » ou «situé dans le cervelet».)

Les scientifiques de l'Université de Washington supposent que le fait d'avoir trop de connexions cérébelleuses synaptiques perturbe la communication au sein du cervelet, ce qui pourrait être à l'origine de l'autisme. Ces résultats ont été publiés en ligne, le 2 novembre, dans la revue Nature Communications .

Pour cette étude, les chercheurs se sont concentrés sur un gène spécifique de l'autisme appelé "ubiquitine RNF8" qui régule le nombre de connexions synaptiques dans le cervelet. Les jeunes souris sans le gène RNF8 ont développé trop de connexions synaptiques dans le cervelet. Au fil du temps, les chercheurs ont mené une série d'expériences d'apprentissage sur ces souris par rapport à d'autres souris avec le gène RNF8.

Le cervelet est responsable du réglage fin du contrôle et de l'équilibre du moteur. Notamment, les jeunes souris à la fois avec et sans le gène du RNF8 cérébelleux n'ont pas présenté de problèmes évidents avec leurs mouvements réguliers: Comme ils ont couru autour de leurs cages, toutes les souris ont semblé être coordonnées.

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Cependant, dans une découverte surprenante, lorsque les chercheurs ont spécifiquement testé la capacité de toutes les souris à apprendre de nouvelles compétences motrices – comme un test de clignement des yeux ou un équilibrage sur un cylindre roulant – les souris sans le gène RNF8 et trop les connexions synaptiques sont devenues discombobulées et ont lamentablement échoué. D'un autre côté, les souris avec le gène RNF8 et moins de connexions synaptiques dans le cervelet ont rapidement maîtrisé ces nouvelles compétences motrices.

Dans un communiqué, l'auteur principal Azad Bonni, qui dirige le département des neurosciences à l'École de médecine de l'Université de Washington à Saint-Louis et est directeur du Bonni Lab, a déclaré:

"Cette étude soulève la possibilité qu'il pourrait y avoir trop de synapses dans le cerveau des patients atteints d'autisme. Vous pourriez penser que le fait d'avoir plus de synapses rendrait le cerveau meilleur, mais cela ne semble pas être le cas. Un nombre accru de synapses crée une mauvaise communication entre les neurones dans le cerveau en développement qui est en corrélation avec des déficiences dans l'apprentissage, bien que nous ne sachions pas comment. "

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Bien que le lien causal entre le cervelet et l'autisme reste énigmatique, d'innombrables autres études humaines et animales ont mis en corrélation la connectivité fonctionnelle atypique et les anomalies structurelles du cervelet avec autisme.

Cervelet (en latin pour "petit cerveau") en rouge.

Source: Base de données des sciences de la vie / Wikimedia Commons

Jusqu'à récemment, la plupart des experts médicaux pensaient que le cervelet était uniquement impliqué dans la motricité fine, le maintien de l'équilibre et la mémoire musculaire nécessaire pour faire des choses comme faire du vélo. Cependant, il y a de plus en plus de preuves que le cervelet peut aider à peaufiner nos pensées et nos émotions de la même manière qu'il affine nos mouvements moteurs comme le postule Jeremy Schmahmann de la Harvard Medical School dans son hypothèse "Dysmetria of Thought".

Le darwinisme neuronal et l'élagage des synapses sont la clé de la neuroplasticité

Au début du développement de l'enfant, des échafaudages sont disposés à l'intérieur et entre les diverses régions du cerveau entier – qui comprend les deux hémisphères du cervelet (latin pour «petit cerveau») et les deux hémisphères du cerveau (latin pour «cerveau»). Cela crée une base structurelle pour les futurs réseaux neuronaux qui seront soit élagués par le biais du darwinisme neuronal, soit fortifiés par un processus synaptique de «feu et de fil». Idéalement, le cerveau élague les connexions synaptiques redondantes pour réduire l'encombrement et rationaliser la fonction cérébrale, ce qui optimise la fluidité de la pensée et du mouvement.

L'hypothèse courante selon laquelle le fait de déclencher plus de synapses implique toujours une meilleure fonction cérébrale est un neuromythre. En fait, comme mentionné précédemment, avoir trop de connexions neuronales et de formations synaptiques semble entraver l'apprentissage moteur, alors qu'une diminution de l'activité neurale lors de la maîtrise d'une nouvelle compétence est corrélée avec un apprentissage plus rapide.

Dessin de neurones de Purkinje dans le cervelet par Santiago Ramón y Cajal vers 1899.

Source: Santiago Ramón y Cajal / Domaine Public

En 2014, une étude du Centre médical de l'Université de Chicago a identifié qu'un dysfonctionnement du processus de taille des cellules de Purkinje dans le cervelet était corrélé avec une capacité réduite d'apprentissage moteur chez les jeunes souris. À l'aide d'un modèle de souris autistes, les chercheurs ont souligné que la capacité des cellules de Purkinje à réduire la connectivité synaptique était grandement réduite dans les troubles de type autistique. Les cellules de Purkinje renforcent ou dépriment l'efficacité de leurs synapses. L'inhibition des cellules de Purkinje est essentielle pour maîtriser des habiletés motrices complexes et raffinées telles que jouer d'un instrument de musique, servir une balle de tennis, taper au clavier sans regarder le clavier, etc.

Fait intéressant, l'hyperactivité des cellules de Purkinje chez les souris et les humains est liée à l'élagage synaptique altérée dans le cervelet. Les chercheurs d'UChicago ont également conclu que trop de connectivité synaptique entravait la capacité du cervelet à affiner automatiquement les mouvements musculaires nécessaires à l'apprentissage moteur fluide et coordonné.

Dans un communiqué, l'auteur principal de l'étude, Christian Hansel, professeur de neurobiologie à l'Université de Chicago et fondateur du Hansel Lab, a déclaré:

"Nous avons identifié des anomalies synaptiques qui peuvent jouer un rôle dans les problèmes moteurs typiquement observés chez les enfants autistes. L'autisme est parfois décrit comme un syndrome du monde intense – trop de connexions excitatrices trop puissantes qui mènent à un apport sensoriel accru. Les résultats de notre étude pourraient éclairer ce phénomène. L'élagage synaptique inefficace semble être un motif commun dans l'autisme. "

Dans la même veine, dans une étude de 2015, les neuroscientifiques cognitifs de l'Université San Diego (SDSU) ont identifié que la connectivité fonctionnelle entre le cervelet et le cortex moteur cérébral était «sur-connectée» chez les enfants et les adolescents atteints de troubles du spectre autistique.

La surconnectivité ou la sous-connectivité entre des régions spécifiques du cervelet et le cortex cérébral est associée à des troubles du spectre autistique chez les enfants et les adolescents.

Source: SDSU Marketing et Communications

Les chercheurs du SDSU ont également découvert que la sur-connectivité entre les régions sensorimotrices du cervelet et le cerveau perturbait l'apprentissage et la cognition. Il semble que les lignes de communication neuronale chez les enfants atteints de TSA pourraient être monopolisées par des connexions sensorimotrices avant que la connectivité fonctionnelle cognitive d'ordre supérieur ait une chance de s'intégrer à d'autres réseaux de communication dans tout le cerveau.

Ce sont des moments passionnants pour la recherche cérébelleuse. La technologie de pointe commence à aider les neuroscientifiques à déchiffrer le rôle mystérieux que joue le cervelet dans la fonction cérébrale globale, l'apprentissage moteur et la cognition. Cela dit, beaucoup plus de recherches sont nécessaires avant de vraiment comprendre comment les connexions synaptiques cérébelleuses influencent les troubles du spectre autistique et facilitent l'apprentissage. S'il vous plaît restez à l'écoute pour plus de recherche empirique de pointe sur le cervelet.