Pour produire ses nombreuses fonctions, y compris la pensée, le cerveau travaille à plusieurs échelles. Les informations telles que les objectifs ou les pictures sont représentées par une activité électrique coordonnée entre les réseaux de neurones, tandis qu’à l’intérieur et autour de chaque neurone, un mélange de protéines et d’autres produits chimiques exécute physiquement la mécanique de la participation au réseau.
Un nouvel article de chercheurs du MIT, de la City — University of London et de l’Université Johns Hopkins postule que les champs électriques du réseau influencent la configuration physique des composants sous-cellulaires des neurones pour optimiser la stabilité et l’efficacité du réseau, une hypothèse que les auteurs appellent « Couplage cytoélectrique ».
“Les informations que le cerveau traite jouent un rôle dans le réglage fin du réseau jusqu’au niveau moléculaire”, a déclaré Earl K. Miller, professeur Picower à l’Institut Picower pour l’apprentissage et la mémoire au MIT, co-auteur de l’article dans Progress. en neurobiologie avec le professeur agrégé Dimitris Pinotsis du MIT et Metropolis — University of London, et le professeur Gene Fridman de Johns Hopkins.
“Le cerveau s’adapte à un monde en évolution”, a déclaré Pinotsis. “Ses protéines et ses molécules changent aussi. Elles peuvent avoir des expenses électriques et doivent rattraper les neurones qui traitent, stockent et transmettent des informations à l’aide de signaux électriques. Interagir avec les champs électriques des neurones semble nécessaire.”
Penser dans les champs
L’un des principaux objectifs du laboratoire de Miller est d’étudier comment des fonctions cognitives de niveau supérieur telles que la mémoire de travail peuvent émerger rapidement, de manière flexible et fiable de l’activité de millions de neurones individuels. Les neurones sont capables de previous dynamiquement des circuits en créant et en supprimant des connexions, appelées synapses, ainsi qu’en renforçant ou en affaiblissant ces jonctions. Mais cela ne fait que previous une “feuille de route” autour de laquelle les informations pourraient circuler, a déclaré Miller. Les circuits neuronaux spécifiques qui représentent collectivement une pensée ou une autre, a découvert Miller, sont coordonnés par une activité rythmique, plus familièrement connue sous le nom d'”ondes cérébrales” de différentes fréquences.
Les rythmes “gamma” rapides aident à transmettre les pictures de notre vision (par exemple un muffin), tandis que les ondes “bêta” in addition lentes peuvent transporter nos pensées as well as profondes à propos de cette graphic (par exemple “trop de energy”). Correctement chronométrées, les rafales de ces ondes peuvent porter des prédictions, permettre d’écrire, de conserver et de lire des informations dans la mémoire de travail, a montré le laboratoire de Miller. Ils se décomposent également lorsque la mémoire de travail le fait. Le laboratoire a rapporté des preuves que le cerveau pourrait manipuler distinctement les rythmes dans des emplacements physiques spécifiques pour organiser davantage les neurones pour une cognition versatile, un principle appelé “Spatial Computing”.
D’autres travaux récents du laboratoire ont montré que si la participation des neurones individuels au sein des réseaux peut être instable et peu fiable, les informations transportées par les réseaux dont ils font partie sont représentées de manière stable par les champs électriques globaux générés par leur activité collective.
Couplage cytoélectrique
Dans la nouvelle étude, les auteurs combinent ce modèle d’activité électrique rythmique coordonnant les réseaux de neurones avec d’autres éléments de preuve indiquant que les champs électriques peuvent influencer les neurones au niveau moléculaire.
Les chercheurs, par exemple, ont étudié le couplage éphaptique, dans lequel les neurones influencent les propriétés électriques les uns des autres through la proximité de leurs membranes, plutôt que de s’appuyer uniquement sur les échanges électrochimiques à travers les synapses. Cette diaphonie électrique peut affecter les fonctions neuronales, y compris quand et si elles augmentent pour relayer les signaux électriques vers d’autres neurones dans un circuit.
Miller, Pinotsis et Fridman citent également des recherches montrant d’autres influences électriques sur les cellules et leurs composants, notamment comment le développement neuronal est guidé par les champs et que les microtubules peuvent être alignés par eux.
Si le cerveau transporte des informations dans des champs électriques et que ces champs électriques sont capables de configurer des neurones et d’autres éléments du cerveau qui forment un réseau, alors le cerveau est susceptible d’utiliser cette capacité. Le cerveau peut utiliser des champs pour s’assurer que le réseau fait ce qu’il est censé faire, suggèrent les auteurs.
Pour le dire (vaguement) en termes de patate douce, le succès d’un réseau de télévision n’est pas seulement sa capacité à transmettre un signal clair à des thousands and thousands de foyers. Ce qui est également critical, ce sont les détails aussi fins que la façon dont chaque lobby de téléspectateur organise son téléviseur, son système audio et ses meubles de salon pour maximiser l’expérience. À la fois dans cette métaphore et dans le cerveau, a déclaré Miller, la présence du réseau motive les members individuels à configurer leur propre infrastructure pour participer de manière optimale.
“Le couplage cytoélectrique relie les informations au niveau méso et macroscopique jusqu’au niveau microscopique des protéines qui sont la foundation moléculaire de la mémoire”, écrivent les auteurs dans l’article.
L’article expose la logique inspirant le couplage cytoélectrique. “Nous proposons une hypothèse que n’importe qui peut tester”, a déclaré Miller.
Le soutien à la recherche est venu du Royaume-Uni Analysis and Innovation (UKRI), de l’Office of Naval Research des États-Unis, de la Fondation JPB et de l’Institut Picower pour l’apprentissage et la mémoire.
