Un nouveau modèle capture les formes complexes et les propriétés biophysiques des neurones

Le thalamus et le noyau réticulaire thalamique sont situés au cœur du cerveau des mammifères et sont connus pour jouer des rôles clés dans un large éventail de fonctions, y compris la transmission d’informations sensorielles au cortex et la transition entre les états cérébraux tels que le sommeil. et la veillée. . Cependant, des altérations de l’activation et de l’interconnectivité des neurones thalamiques ont été liées à des rythmes cérébraux pathologiques et à des modifications des ondes cérébrales rythmiques qui se produisent pendant le sommeil, qui ont été observées dans des troubles tels que la schizophrénie, les troubles neurodéveloppementaux, le trouble déficitaire de l’attention avec hyperactivité et la maladie d’Alzheimer.

Le nouveau modèle développé par Blue Brain est le premier à capturer les formes complexes et les propriétés biophysiques de 14 000 neurones reliés par 6 millions de synapses. Il peut être utilisé pour explorer la complexité structurelle et fonctionnelle des circuits neuronaux. Le modèle reproduit également plusieurs résultats expérimentaux indépendants au niveau du réseau dans différents états cérébraux et fournit une nouvelle explication cellulaire et synaptique unificatrice de l’activité spontanée et évoquée à la fois dans l’éveil et le sommeil.

L’une des principales conclusions de l’étude est que le rebond inhibiteur, un processus qui aide à réguler l’activité des cellules nerveuses, entraîne une amélioration des réponses thalamiques pendant l’éveil à certaines fréquences. Le modèle a également montré que les interactions thalamiques génèrent la montée et la chute caractéristiques des oscillations du fuseau, les ondes cérébrales rythmiques observées pendant le sommeil, et que des changements dans l’excitabilité des cellules thalamiques contrôlent la fréquence et l’occurrence de ces oscillations du fuseau.

« Ceci est particulièrement pertinent pour interpréter la présence ou l’absence de fuseaux dans différents troubles cérébraux », souligne le premier auteur, le Dr Elisabetta Iavarone. « Cette approche a produit le premier modèle avec des détails morphologiques et biophysiques d’un microcircuit thalamique, démontrant que la stratégie de modélisation développée par Blue Brain pour les microcircuits corticaux peut être appliquée à d’autres régions du cerveau », ajoute le fondateur et directeur du projet Blue Brain, Professeur Henri Markram.

Les modèles informatiques et les simulations peuvent faciliter l’intégration et la normalisation de différentes sources de données expérimentales, mettre en évidence les principales expériences manquantes et, en même temps, fournir un outil pour tester les hypothèses et explorer la complexité structurelle et fonctionnelle des circuits neuronaux. »

Prof. Sean Hill, co-directeur du Blue Brain Project et directeur scientifique du Krembil Center for Neuroinformatics

La recherche, publiée dans un article de couverture dans le dernier numéro de rapports de cellulereprésente une avancée significative dans la compréhension du rôle du thalamus et du noyau réticulaire thalamique dans le fonctionnement et le dysfonctionnement du cerveau, et le modèle développé par le Blue Brain Project de l’EPFL est désormais disponible pour que les chercheurs puissent l’utiliser dans leurs propres études.

« Ce modèle est librement disponible et fournit un nouvel outil pour interpréter les oscillations du fuseau et tester les hypothèses de la fonction et du dysfonctionnement du circuit thalamoréticulaire dans différents états du réseau en bonne santé et dans la maladie », conclut Hill.