Une étude donne un aperçu de la façon dont le sommeil et l’éveil régulent les synapses inhibitrices

À l’aide d’un modèle de souris, les chercheurs ont découvert un nouveau rythme quotidien dans un type de synapse qui freine l’activité cérébrale. Connues sous le nom de synapses inhibitrices, ces connexions neuronales se rééquilibrent afin que nous puissions consolider de nouvelles informations dans des souvenirs durables pendant le sommeil. Les conclusions, publiées dans PLOS Biologie, peuvent aider à expliquer comment de subtils changements synaptiques améliorent la mémoire chez l’homme. L’étude a été menée par des chercheurs du National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS), qui fait partie des National Institutes of Health.

L’inhibition est importante pour tous les aspects de la fonction cérébrale. Mais depuis plus de deux décennies, la plupart des études sur le sommeil se sont concentrées sur la compréhension des synapses excitatrices. Il s’agit de la première étude visant à comprendre comment le sommeil et l’éveil régulent les synapses inhibitrices. »

Dr Wei Lu, chercheur principal du NINDS

Dans l’étude, Kunwei Wu, Ph.D., stagiaire postdoctoral dans le laboratoire du Dr Lu, a examiné ce qui se passe au niveau des synapses inhibitrices pendant le sommeil et l’éveil chez la souris. Les enregistrements électriques des neurones de l’hippocampe, une région du cerveau importante pour la formation de la mémoire, ont montré un schéma d’activité jusque-là inapprécié. Pendant l’éveil, l’activité inhibitrice « tonique » constante augmentait, alors que l’inhibition « phasique » rapide diminuait. Ils ont également trouvé une amélioration beaucoup plus importante, dépendante de l’activité, des réponses électriques inhibitrices dans les neurones de souris éveillées, ce qui suggère que l’éveil, mais pas le sommeil, pourrait renforcer davantage ces synapses.

Les neurones inhibiteurs utilisent le neurotransmetteur acide gamma-aminobutyrique (GABA) pour diminuer l’activité du système nerveux. Au niveau des synapses inhibitrices, ces neurones libèrent des molécules de GABA dans la fente synaptique, l’espace entre les neurones où les neurotransmetteurs diffusent. Les molécules se lient au GABA de type A (GABA_UN) à la surface des neurones excitateurs voisins, les rendant moins susceptibles de se déclencher.

D’autres expériences ont montré que les changements synaptiques pendant l’éveil étaient entraînés par un nombre accru de α5-GABA_UN récepteurs Lorsque les récepteurs étaient bloqués chez des souris éveillées, l’amélioration dépendante de l’activité des réponses électriques phasiques était diminuée. Cela suggère que l’accumulation de GABA_UN Les récepteurs pendant l’éveil peuvent jouer un rôle clé dans la construction de synapses inhibitrices plus fortes et plus efficaces, un processus fondamental connu sous le nom de plasticité synaptique.

« Lorsque vous apprenez de nouvelles informations tout au long de la journée, les neurones sont bombardés de signaux excitateurs provenant du cortex et de nombreuses autres zones du cerveau. Pour transformer cette information en mémoire, vous devez d’abord la réguler et l’affiner, c’est là qu’intervient l’inhibition. « , a déclaré le Dr Lu.

Des études antérieures ont montré que les changements synaptiques dans l’hippocampe peuvent être entraînés par des signaux provenant d’interneurones inhibiteurs, un type particulier de cellule qui ne comprend qu’environ 10 à 20 % des neurones du cerveau. Il existe plus de 20 sous-types différents d’interneurones dans l’hippocampe, mais des études récentes ont mis en évidence deux types, connus sous le nom de parvalbumine et de somatostatine, qui sont impliqués de manière critique dans la régulation des synapses.

Pour identifier quel interneurone était responsable de la plasticité observée, l’équipe du Dr Lu a utilisé l’optogénétique, une technique qui utilise la lumière pour allumer ou éteindre les cellules, et a découvert que l’éveil conduisait à plus de α5-GABA._UN récepteurs et connexions plus fortes pour la parvalbumine, mais pas pour la somatostatine, les interneurones.

Les humains et les souris partagent des circuits neuronaux similaires qui sous-tendent le stockage de la mémoire et d’autres processus cognitifs essentiels. Ce mécanisme peut être un moyen pour les entrées inhibitrices de contrôler avec précision le flux et le reflux d’informations entre les neurones et à travers les réseaux cérébraux.

« L’inhibition est en fait assez puissante car elle permet au cerveau de fonctionner de manière précise, ce qui sous-tend essentiellement toute cognition », a déclaré le Dr Lu.

Parce que l’inhibition est essentielle à presque tous les aspects du fonctionnement du cerveau, cette étude pourrait contribuer à aider les scientifiques à comprendre non seulement les cycles veille-sommeil, mais aussi les troubles neurologiques enracinés dans des rythmes cérébraux anormaux, comme l’épilepsie.

À l’avenir, le groupe du Dr Lu prévoit d’explorer la base moléculaire du GABA._UN trafic des récepteurs vers les synapses inhibitrices.

Cette étude a été financée en partie par le programme de recherche intra-muros du NINDS.