Le flux sanguin cérébral se synchronise avec les stimuli visuels

Résumé: Les chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode pour surveiller la dynamique des vaisseaux sanguins dans le cerveau de la souris, révélant que les stimuli visuels peuvent synchroniser les vasomotions, améliorant ainsi potentiellement la fonction cérébrale. En exposant des souris à un motif spécifique de rayures se déplaçant horizontalement, l’équipe a observé que la vasomotion correspondait à la vitesse du motif de stimulus et se propageait dans tout le cerveau.

Cette synchronisation suggère un mécanisme par lequel le cerveau améliore sa circulation des nutriments et élimine les déchets, améliorant éventuellement les capacités cognitives. Les résultats pourraient avoir des implications pour le traitement et la prévention des maladies neurologiques.

Faits marquants:

1. Technique de surveillance innovante: L’étude introduit une nouvelle méthode pour observer la dynamique des vaisseaux sanguins à travers le crâne intact ou profondément dans le cerveau à l’aide de fibres optiques.
2. Synchronisation vasomotion: Les stimuli visuels peuvent entraîner la vasomotion du cerveau, conduisant à une activité synchronisée des vaisseaux sanguins qui améliore l’apport de nutriments et l’élimination des déchets dans l’ensemble du cerveau.
3. Avantages potentiels pour la santé: Cette vasomotion synchronisée peut améliorer l’apprentissage, faciliter la récupération après un AVC et potentiellement retarder les maladies neurodégénératives comme la démence en améliorant l’efficacité métabolique du cerveau.

Source: Université du Tohoku

Comparé aux ordinateurs, le cerveau peut effectuer des calculs avec un apport énergétique net très faible. Pourtant, notre compréhension de la manière dont le cerveau biologique gère l’énergie est encore incomplète.

Ce que l’on sait, cependant, c’est que les cycles de dilatation et de constriction des vaisseaux sanguins, ou vasomotion, se produisent spontanément dans le cerveau, un processus qui contribue probablement à améliorer la circulation des nutriments énergétiques et à éliminer les déchets.

Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université du Tohoku ont développé une méthode qui permet d’observer et de surveiller facilement la dynamique des vaisseaux sanguins dans le cerveau de la souris. Cela peut être fait soit à travers le crâne intact d’une souris, soit profondément dans le cerveau à l’aide d’une fibre optique implantée.

Les résultats ont été détaillés dans la revue eLife du 17 avril 2024.

Puisqu’il a été rapporté que des stimuli sensoriels pouvaient provoquer une dilatation des vaisseaux sanguins ou une hyperémie, les chercheurs ont cherché à induire une vasomotion en présentant des stimuli visuels à des souris.

Ce qu’ils ont découvert, c’est que lorsqu’on montrait à une souris un motif de rayures se déplaçant horizontalement et changeant de direction toutes les 2 à 3 secondes, cela provoquait une réaction dans les vaisseaux sanguins de la souris qui correspondait à la vitesse du motif.

Les souris ont reçu des séances d’entraînement visuel de 15 minutes entrecoupées de périodes de repos d’une heure, 4 fois par jour. Avec un tel entraînement espacé, l’amplitude de la vasomotion synchronisée augmentait progressivement.

Il est intéressant de noter que la vasomotion visuellement induite ne se limite pas à la zone du cortex cérébral responsable du traitement de l’information visuelle. En d’autres termes, la vasomotion synchronisée se propage dans tout le cerveau.

« Le mouvement vasculaire synchronisé peut être entraîné avec des stimuli visuels oscillant lentement », explique le professeur Ko Matsui du laboratoire de physiologie cérébrale Super-network de l’Université de Tohoku, qui a dirigé la recherche.

« Une telle amélioration des mécanismes de circulation pourrait bénéficier à la capacité de traitement de l’information du cerveau. »

Même si l’on sait depuis longtemps que les changements dans les connexions neuronales favorisent l’apprentissage et la mémoire, la plasticité de la vasomotion n’a jamais été décrite auparavant.

Matsui et ses collègues ont découvert qu’un motif visuel spécifique fait bouger davantage les yeux, et cette amélioration du mouvement oculaire dépend des changements dans le cervelet du cerveau. Les chercheurs ont également observé que l’activité des vaisseaux sanguins dans le cervelet se synchronisait avec cet apprentissage moteur optocinétique.

Le chercheur principal de l’étude, Daichi Sasaki, estime que la vasomotion synchronisée, qui fournit efficacement de l’oxygène et du glucose, pourrait améliorer les capacités d’apprentissage.

Il déclare : « Notre prochaine étape consiste à explorer les avantages de la synchronisation des vasomotions. Cela pourrait aider à éliminer les déchets comme la bêta-amyloïde, retardant ou prévenant potentiellement la démence.

« La guérison d’un AVC pourrait également bénéficier d’un meilleur approvisionnement en énergie et d’une meilleure élimination des déchets. De plus, la vasomotion synchronisée pourrait même améliorer l’intelligence au-delà de nos capacités naturelles.

À propos de cette actualité de la recherche en cognition et neurosciences

Auteur: Relations publiques
Source: Université du Tohoku
Contact: Relations publiques – Université du Tohoku
Image: L’image est créditée à Neuroscience News

Recherche originale : Accès libre.
« Entraînement vasomoteur plastique» par Daichi Sasaki et al. eLife

Abstrait

Entraînement vasomoteur plastique

La présence d’une synchronisation globale de la vasomotion induite par des stimuli visuels oscillants a été identifiée dans le cerveau de la souris.

L’autofluorescence endogène a été utilisée et « l’ombre » du vaisseau a été quantifiée pour évaluer l’ampleur de la vasomotion verrouillée en fréquence.

Cette méthode permet de quantifier facilement la vasomotion chez des souris de type sauvage non transgéniques en utilisant soit la microscopie macro-zoom à grand champ, soit les méthodes de photométrie des fibres cérébrales profondes.

Des bandes verticales oscillant horizontalement à une basse fréquence temporelle (0,25 Hz) ont été présentées à la souris éveillée, et une vasomotion oscillatoire verrouillée sur la fréquence temporelle de la stimulation visuelle a été induite non seulement dans le cortex visuel primaire mais sur une large surface du cortex. et le cervelet.

La vasomotion visuellement induite adaptée à un large éventail de paramètres de stimulation. Des essais répétés de présentations de stimuli visuels ont abouti à un entraînement plastique de la vasomotion.

On sait qu’un stimulus visuel oscillant horizontalement induit une réponse optocinétique horizontale (HOKR). On sait que l’amplitude des mouvements oculaires augmente avec les séances d’entraînement répétées, et la région du flocculus du cervelet est connue pour être essentielle à cet apprentissage.

Ici, nous montrons une forte corrélation entre le gain moyen de performance HOKR et l’ampleur de l’entraînement vasomotionnel dans le flocculus cérébelleux. Par conséquent, la plasticité de la vasomotion et des circuits neuronaux semble se produire en parallèle.

Un apport énergétique efficace par la vasomotion entraînée peut contribuer à répondre à la demande énergétique nécessaire à une activité neuronale coordonnée accrue et à la réorganisation ultérieure du circuit neuronal.