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L’activation du centre sérotoninergique du cerveau modifie le comportement et la motivation

Résumé: La stimulation du centre sérotoninergique du cerveau, le noyau du raphé dorsal (DRN), active les zones responsables du comportement et de la motivation. Cette découverte, utilisant l’IRM opto-fonctionnelle chez des souris éveillées, met en évidence le rôle important de la sérotonine dans les fonctions cognitives.

L’étude offre un aperçu de la façon dont la sérotonine influence le comportement et la régulation de l’humeur.

Faits marquants:

  • L’activation de la sérotonine DRN stimule le cortex cérébral et les noyaux gris centraux.
  • L’IRM à haut champ et l’optogénétique révèlent des effets de la sérotonine sur l’ensemble du cerveau chez des souris éveillées.
  • Les résultats pourraient faire progresser la compréhension des troubles de l’humeur et des adaptations comportementales.

Source: OIST

Notre cerveau est constitué de dizaines de milliards de cellules nerveuses appelées neurones. Ces cellules communiquent entre elles grâce à des biomolécules appelées neurotransmetteurs. La sérotonine, un type de neurotransmetteur, est produite par les neurones sérotoninergiques de notre cerveau et influence bon nombre de nos fonctions comportementales et cognitives telles que la mémoire, le sommeil et l’humeur.

En utilisant des souris, des scientifiques de l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa (OIST) et leurs collaborateurs de la faculté de médecine de l’université de Keio ont étudié la principale source de sérotonine dans le cerveau : la noyau du raphé dorsal (DRN).

Cela montre un cerveau.
Ils ont découvert que la stimulation par la sérotonine par DRN provoque l’activation du cortex cérébral et des noyaux gris centraux, des zones cérébrales impliquées dans de nombreuses fonctions cognitives. Crédit : Actualités des neurosciences

En étudiant pour la première fois comment l’activation du « centre de sérotonine » du cerveau affecte les animaux éveillés, ils ont découvert que la sérotonine du DRN active les zones du cerveau qui affectent le comportement et la motivation.

« En apprendre davantage sur le système sérotoninergique du cerveau peut nous aider à comprendre comment nous adaptons nos comportements et comment fonctionnent les médicaments de thérapie de l’humeur. Mais il était difficile d’étudier comment la sérotonine du DRN affecte l’ensemble du cerveau.

« Premièrement, parce que la stimulation électrique du DRN peut également activer les neurones qui n’utilisent pas la sérotonine pour communiquer entre eux, et deuxièmement, la consommation de drogues peut affecter d’autres sérotonines dans le cerveau », a expliqué le Dr Hiroaki Hamada, ancien doctorant à Unité de calcul neuronal de l’OIST et auteur principal d’un article sur cette étude publié dans la revue Communications naturelles.

Des études antérieures menées par des chercheurs de l’unité de calcul neuronal ont montré que les neurones à sérotonine du DRN favorisent chez la souris des comportements adaptatifs associés à de futures récompenses. Le Dr Hamada et ses collaborateurs voulaient comprendre les mécanismes cérébraux à l’origine de ces comportements adaptatifs.

« Nous savions que l’activation de la sérotonine par DRN avait des effets importants sur le comportement, mais nous ne savions pas comment cette activation de la sérotonine affecte différentes parties du cerveau », a déclaré le professeur Kenji Doya, responsable de l’unité de calcul neuronal.

Observer la réponse de l’ensemble du cerveau à l’activation de la sérotonine DRN

Les chercheurs ont utilisé une nouvelle technique appelée IRM opto-fonctionnelle pour répondre à cette question. Ils ont utilisé une méthode appelée optogénétique pour activer sélectivement les neurones sérotoninergiques du DRN avec la lumière et ont observé la réponse de l’ensemble du cerveau à l’aide de l’IRM fonctionnelle (imagerie par résonance magnétique).

Ils ont utilisé le dernier scanner IRM doté d’un champ magnétique puissant pour obtenir la haute résolution nécessaire à l’étude des petits cerveaux de souris. Les souris ont été placées dans un scanner IRM et les neurones sérotoninergiques ont été stimulés à intervalles réguliers pour voir comment cela affectait l’ensemble du cerveau.

Ils ont découvert que la stimulation par la sérotonine par DRN provoque l’activation du cortex cérébral et des noyaux gris centraux, des zones cérébrales impliquées dans de nombreuses fonctions cognitives. Ce résultat était très différent d’une étude précédente réalisée sous anesthésie.

De plus, la réponse du cerveau à la stimulation de la sérotonine est fortement liée à la distribution des récepteurs de la sérotonine (protéines activées par la sérotonine) et aux modèles de connexion des neurones à sérotonine DRN.

« Nous voyons clairement à partir des images IRM à champ élevé quelles zones du cerveau sont activées et désactivées pendant l’état d’éveil et sous anesthésie lorsque nous activons les neurones à sérotonine dans le DRN », a déclaré le Dr Hamada.

« Une étude précédente a montré que le cortex cérébral et les noyaux gris centraux étaient pour la plupart désactivés sous anesthésie, ce que nous avons également observé. Cependant, dans les états d’éveil, ces zones sont activées de manière significative. »

Le cortex cérébral et les noyaux gris centraux sont des parties du cerveau essentielles à de nombreux processus cognitifs, notamment l’activité motrice et les comportements permettant d’obtenir des récompenses telles que la nourriture et l’eau. L’activation des neurones sérotoninergiques DNR peut donc entraîner des changements de motivation et de comportement.

Patience et stimulation de votre propre sérotonine

La combinaison de la nouvelle technique d’IRM à haut champ et de l’optogénétique a présenté de nombreux obstacles que le Dr Hamada a dû surmonter. « Nous avons introduit et adapté une méthode précédemment utilisée par nos collaborateurs et établi de nombreuses nouvelles procédures à l’OIST. Pour moi, le principal défi à l’époque était d’utiliser le nouvel appareil IRM, il fallait donc faire preuve de patience et stimuler ma propre sérotonine. Après ça, j’ai commencé à faire beaucoup d’exercice », a-t-il ri.

Voir les activations dans le DRN pour la première fois a été un moment marquant pour le Dr Hamada. Au début, il utilisait la même intensité lumineuse que celle utilisée par ses collaborateurs, mais celle-ci était trop faible pour voir les réponses cérébrales dans l’IRM. Il a ensuite utilisé des fibres optiques plus grosses et augmenté l’intensité pour stimuler les DRN.

Le professeur Doya a noté que la prochaine étape importante à franchir est de comprendre exactement comment se produit cette activation de la sérotonine à l’échelle du cerveau : « Il est important de découvrir quel est le mécanisme moléculaire réel permettant cette activation dans notre cerveau.

« Les personnes qui souhaitent mieux ajuster leur comportement et leur réflexion dans différentes situations pourraient également trouver utile d’en savoir plus sur la manière dont la sérotonine aide à contrôler nos humeurs. »

À propos de cette actualité sur la recherche sur la sérotonine, le comportement et la motivation

Auteur: Tomomi Okubo
Source: OIST
Contact: Tomomi Okubo – OIST
Image: L’image est créditée à Neuroscience News

Recherche originale : Accès libre.
« L’activation optogénétique des neurones sérotoninergiques du raphé dorsal induit une activation à l’échelle du cerveau» par Hiroaki Hamada et al. Communications naturelles


Abstrait

L’activation optogénétique des neurones sérotoninergiques du raphé dorsal induit une activation à l’échelle du cerveau

La sérotonine est un neuromodulateur qui affecte plusieurs fonctions comportementales et cognitives. Néanmoins, la manière dont la sérotonine provoque une telle variété d’effets via des projections à l’échelle du cerveau et divers récepteurs reste floue.

Ici, nous avons mesuré les réponses de l’ensemble du cerveau à la stimulation optogénétique des neurones sérotoninergiques dans le noyau du raphé dorsal (DRN) du cerveau de souris mâle en utilisant une IRM fonctionnelle avec un scanner 11,7 T et une cryosonde.

L’activation transitoire des neurones sérotoninergiques DRN a provoqué une activation à l’échelle du cerveau, y compris le cortex préfrontal médial, le striatum et la zone tegmentale ventrale. La même stimulation sous anesthésie à l’isoflurane a diminué l’activation à l’échelle du cerveau, y compris le complexe hippocampique.

Ces modèles de réponse à l’échelle du cerveau peuvent être expliqués par la topographie de projection sérotoninergique DRN et les profils d’expression des récepteurs de sérotonine, avec des poids accrus sur les récepteurs 5-HT1.

Ensemble, ces résultats donnent un aperçu du système sérotoninergique DR, ce qui est cohérent avec les découvertes récentes de ses fonctions dans les comportements adaptatifs.


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