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Introduction
L’Architecture du Neurone
Naissance
Migration
Différenciation
Mort
Espoir par la recherche
Introduction
Jusqu’à récemment, la plupart des neuroscientifiques pensaient que nous étions nés avec tous les neurones que nous allions avoir. En tant qu’enfants, nous pourrions produire de nouveaux neurones pour aider à construire les voies – appelées circuits neuronaux – qui agissent comme des autoroutes de l’information entre différentes zones du cerveau. Mais les scientifiques pensaient qu’une fois qu’un circuit neuronal était en place, l’ajout de nouveaux neurones perturberait le flux d’informations et désactiverait le système de communication du cerveau.
En 1962, le scientifique Joseph Altman a contesté cette croyance lorsqu’il a vu des preuves de neurogenèse (la naissance de neurones) dans une région du cerveau du rat adulte appelée l’hippocampe. Il a rapporté plus tard que les neurones nouveau-nés migraient de leur lieu de naissance dans l’hippocampe vers d’autres parties du cerveau. En 1979, un autre scientifique, Michael Kaplan, a confirmé les découvertes d’Altman dans le cerveau du rat et, en 1983, il a trouvé des cellules précurseurs neuronales dans le cerveau antérieur d’un singe adulte.
Ces découvertes sur la neurogenèse dans le cerveau adulte ont surpris d’autres chercheurs qui ne pensaient pas qu’elles pouvaient être vraies chez l’homme. Mais au début des années 1980, un scientifique essayant de comprendre comment les oiseaux apprennent à chanter a suggéré que les neuroscientifiques examinent à nouveau la neurogenèse dans le cerveau adulte et commencent à voir comment cela pourrait avoir un sens. Dans une série d’expériences, Fernando Nottebohm et son équipe de recherche ont montré que le nombre de neurones dans le cerveau antérieur des canaris mâles augmentait considérablement pendant la saison des amours. C’était à la même époque où les oiseaux devaient apprendre de nouveaux chants pour attirer les femelles.
Pourquoi ces cerveaux d’oiseaux ont-ils ajouté des neurones à un moment si critique de l’apprentissage? Nottebohm croyait que c’était parce que de nouveaux neurones aidaient à stocker de nouveaux modèles de chansons dans les circuits neuronaux du cerveau antérieur, la zone du cerveau qui contrôle les comportements complexes. Ces nouveaux neurones ont rendu l’apprentissage possible. Si les oiseaux fabriquaient de nouveaux neurones pour les aider à se souvenir et à apprendre, Nottebohm pensait que le cerveau des mammifères le ferait aussi.
D’autres scientifiques pensaient que ces résultats ne pouvaient pas s’appliquer aux mammifères, mais Elizabeth Gould a trouvé plus tard des preuves de neurones nouveau-nés dans une zone distincte du cerveau chez les singes, et Fred Gage et Peter Eriksson ont montré que le cerveau humain adulte produisait de nouveaux neurones dans une zone similaire.
Pour certains neuroscientifiques, la neurogenèse dans le cerveau adulte est encore une théorie non prouvée. Mais d’autres pensent que les preuves offrent des possibilités intrigantes sur le rôle des neurones générés par les adultes dans l’apprentissage et la mémoire.
L’architecture du neurone
Le système nerveux central (qui comprend le cerveau et la moelle épinière) est composé de deux types de cellules de base : les neurones (1) et la glie (4) & (6). Les glies sont plus nombreuses que les neurones dans certaines parties du cerveau, mais les neurones sont les acteurs clés du cerveau.
Les neurones sont des messagers d’information. Ils utilisent des impulsions électriques et des signaux chimiques pour transmettre des informations entre différentes zones du cerveau et entre le cerveau et le reste du système nerveux. Tout ce que nous pensons, ressentons et faisons serait impossible sans le travail des neurones et de leurs cellules de soutien, les cellules gliales appelées astrocytes (4) et oligodendrocytes (6).
Les neurones ont trois parties de base : un corps cellulaire et deux extensions appelées axone (5) et dendrite (3). Dans le corps cellulaire se trouve un noyau (2), qui contrôle les activités de la cellule et contient le matériel génétique de la cellule. L’axone ressemble à une longue queue et transmet des messages de la cellule. Les dendrites ressemblent aux branches d’un arbre et reçoivent des messages pour la cellule. Les neurones communiquent entre eux en envoyant des produits chimiques, appelés neurotransmetteurs, à travers un espace minuscule, appelé synapse, entre les axones et les dendrites des neurones adjacents.
Il existe trois classes de neurones:
- Les neurones sensoriels transportent des informations des organes sensoriels (tels que les yeux et les oreilles) vers le cerveau.
- Les motoneurones contrôlent l’activité musculaire volontaire telle que la parole et transmettent des messages des cellules nerveuses du cerveau aux muscles.
- Tous les autres neurones sont appelés interneurones.
Les scientifiques pensent que les neurones sont le type de cellule le plus diversifié du corps. Au sein de ces trois classes de neurones se trouvent des centaines de types différents, chacun ayant des capacités spécifiques de transmission de messages.
La façon dont ces neurones communiquent entre eux en établissant des connexions est ce qui rend chacun de nous unique dans la façon dont nous pensons, ressentons et agissons.
Naissance
La mesure dans laquelle de nouveaux neurones sont générés dans le cerveau est un sujet controversé parmi les neuroscientifiques. Bien que la majorité des neurones soient déjà présents dans notre cerveau au moment de notre naissance, il existe des preuves à l’appui que la neurogenèse (le mot scientifique pour la naissance des neurones) est un processus à vie.
Les neurones naissent dans des zones du cerveau riches en concentrations de cellules précurseurs neuronales (également appelées cellules souches neurales). Ces cellules ont le potentiel de générer la plupart, sinon la totalité, des différents types de neurones et de glies présents dans le cerveau.
Les neuroscientifiques ont observé le comportement des cellules précurseurs neuronales en laboratoire. Bien que ce ne soit pas exactement la façon dont ces cellules se comportent lorsqu’elles sont dans le cerveau, cela nous donne des informations sur la façon dont elles pourraient se comporter lorsqu’elles sont dans l’environnement du cerveau.
La science des cellules souches est encore très nouvelle et pourrait changer avec d’autres découvertes, mais les chercheurs ont suffisamment appris pour pouvoir décrire comment les cellules souches neurales génèrent les autres cellules du cerveau. Ils appellent cela la lignée d’une cellule souche et il est similaire en principe à un arbre généalogique.
Les cellules souches neurales augmentent en se divisant en deux et en produisant soit deux nouvelles cellules souches, soit deux cellules progénitrices précoces, soit une de chacune.
Lorsqu’une cellule souche se divise pour produire une autre cellule souche, on dit qu’elle s’auto-renouvelle. Cette nouvelle cellule a le potentiel de produire plus de cellules souches.
Lorsqu’une cellule souche se divise pour produire une cellule progénitrice précoce, on dit qu’elle se différencie. La différenciation signifie que la nouvelle cellule est plus spécialisée dans la forme et la fonction. Une cellule progénitrice précoce n’a pas le potentiel d’une cellule souche pour fabriquer de nombreux types de cellules différents. Il ne peut fabriquer que des cellules dans sa lignée particulière.
Les cellules progénitrices précoces peuvent s’auto-renouveler ou se renouveler de l’une ou l’autre des deux manières. Un type donnera naissance à des astrocytes. L’autre type produira finalement des neurones ou des oligodendrocytes.
Migration
Une fois qu’un neurone est né, il doit se rendre à l’endroit du cerveau où il fera son travail.
Comment un neurone sait-il où aller? Qu’est-ce qui l’aide à y arriver?
Les scientifiques ont vu que les neurones utilisent au moins deux méthodes différentes pour voyager:
- Certains neurones migrent en suivant les longues fibres des cellules appelées glie radiale. Ces fibres s’étendent des couches internes aux couches externes du cerveau. Les neurones glissent le long des fibres jusqu’à ce qu’ils atteignent leur destination.
- Les neurones voyagent également en utilisant des signaux chimiques. Les scientifiques ont trouvé des molécules spéciales à la surface des neurones molecules des molécules d’adhésion that qui se lient avec des molécules similaires sur les cellules gliales ou les axones nerveux voisins. Ces signaux chimiques guident le neurone jusqu’à son emplacement final.
Tous les neurones ne réussissent pas leur voyage. Les scientifiques pensent que seulement un tiers atteignent leur destination. Certaines cellules meurent au cours du processus de développement neuronal.
Certains neurones survivent au voyage, mais finissent là où ils ne devraient pas être. Des mutations dans les gènes qui contrôlent la migration créent des zones de neurones mal placés ou bizarrement formés qui peuvent provoquer des troubles tels que l’épilepsie infantile. Certains chercheurs soupçonnent que la schizophrénie et le trouble d’apprentissage dyslexique sont en partie le résultat de neurones mal orientés.
Différenciation
Une fois qu’un neurone atteint sa destination, il doit s’installer pour travailler. Cette dernière étape de différenciation est la partie la moins bien comprise de la neurogenèse.
Les neurones sont responsables du transport et de l’absorption des neurotransmetteurs – des produits chimiques qui relaient l’information entre les cellules du cerveau.
Selon son emplacement, un neurone peut effectuer le travail d’un neurone sensoriel, d’un neurone moteur ou d’un interneurone, en envoyant et en recevant des neurotransmetteurs spécifiques.
Dans le cerveau en développement, un neurone dépend des signaux moléculaires d’autres cellules, telles que les astrocytes, pour déterminer sa forme et son emplacement, le type d’émetteur qu’il produit et à quels autres neurones il se connectera. Ces cellules fraîchement nées établissent des circuits neuronaux – ou des voies d’information reliant neurone à neurone – qui seront en place tout au long de l’âge adulte.
Mais dans le cerveau adulte, les circuits neuronaux sont déjà développés et les neurones doivent trouver un moyen de s’intégrer. Au fur et à mesure qu’un nouveau neurone s’installe, il commence à ressembler à des cellules environnantes. Il développe un axone et des dendrites et commence à communiquer avec ses voisins.
Décès
Bien que les neurones soient les cellules vivantes les plus longues du corps, un grand nombre d’entre elles meurent lors de la migration et de la différenciation.
La vie de certains neurones peut prendre des virages anormaux. Certaines maladies du cerveau sont le résultat de la mort non naturelle des neurones.
– Dans la maladie de Parkinson, les neurones qui produisent le neurotransmetteur dopamine meurent dans les ganglions de la base, une zone du cerveau qui contrôle les mouvements du corps. Cela provoque des difficultés à initier le mouvement.
– Dans la maladie de Huntington, une mutation génétique provoque une surproduction d’un neurotransmetteur appelé glutamate, qui tue les neurones des ganglions de la base. En conséquence, les gens se tordent et se tordent de manière incontrôlable.
– Dans la maladie d’Alzheimer, des protéines inhabituelles s’accumulent dans et autour des neurones du néocortex et de l’hippocampe, parties du cerveau qui contrôlent la mémoire. Lorsque ces neurones meurent, les gens perdent leur capacité à se souvenir et leur capacité à accomplir les tâches quotidiennes. Les dommages physiques au cerveau et à d’autres parties du système nerveux central peuvent également tuer ou désactiver les neurones.
– Les coups portés au cerveau, ou les dommages causés par un accident vasculaire cérébral, peuvent tuer purement et simplement les neurones ou les affamer lentement de l’oxygène et des nutriments dont ils ont besoin pour survivre.
– Une lésion de la moelle épinière peut perturber la communication entre le cerveau et les muscles lorsque les neurones perdent leur connexion aux axones situés sous le site de la lésion. Ces neurones peuvent encore vivre, mais ils perdent leur capacité à communiquer.
Espoir Grâce à la recherche
Les scientifiques espèrent qu’en comprenant mieux la vie et la mort des neurones, ils pourront développer de nouveaux traitements, et peut-être même des remèdes, pour les maladies et troubles du cerveau qui affectent la vie de millions d’Américains.
Les recherches les plus récentes suggèrent que les cellules souches neurales peuvent générer un grand nombre, sinon la totalité, des différents types de neurones présents dans le cerveau et le système nerveux. Apprendre à manipuler ces cellules souches en laboratoire dans des types spécifiques de neurones pourrait produire un nouvel apport de cellules cérébrales pour remplacer celles qui sont mortes ou qui ont été endommagées.
Des thérapies pourraient également être créées pour tirer parti des facteurs de croissance et d’autres mécanismes de signalisation à l’intérieur du cerveau qui indiquent aux cellules précurseurs de créer de nouveaux neurones. Cela permettrait de réparer, de remodeler et de renouveler le cerveau de l’intérieur.
Pour obtenir des renseignements sur d’autres troubles neurologiques ou des programmes de recherche financés par l’Institut national des Troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux, communiquez avec le Réseau de ressources et d’Information sur le cerveau (BRAIN) de l’Institut au :
BRAIN
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