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Jul 25, 2023

Réécriture des manuels scolaires : des scientifiques découvrent une complexité inattendue des connexions cérébelleuses

Par Université de Chicago, 30 juillet 2023 Image d’une cellule de Purkinje humaine. Presque toutes les cellules de Purkinje du cervelet humain possèdent de multiples dendrites primaires qui germent à partir du corps cellulaire et se divisent en

Par Université de Chicago30 juillet 2023

Image d'une cellule de Purkinje humaine. Presque toutes les cellules de Purkinje du cervelet humain possèdent de multiples dendrites primaires qui jaillissent du corps cellulaire et se divisent en de magnifiques motifs ressemblant à des feuilles. Crédit : Silas Busch, Université de Chicago

Les images de milliers de cellules de Purkinje révèlent que presque toutes les cellules humaines possèdent plusieurs dendrites primaires. Ces structures, lorsqu’elles sont observées chez la souris, facilitent les connexions avec de multiples fibres grimpantes provenant du tronc cérébral.

En 1906, le chercheur espagnol Santiago Ramón y Cajal reçut le prix Nobel pour son exploration pionnière des structures microscopiques du cerveau. Ses célèbres illustrations de cellules de Purkinje dans le cervelet représentent une forêt de structures neuronales, avec de multiples grandes branches jaillissant du corps cellulaire et se divisant en de magnifiques motifs ressemblant à des feuilles.

Malgré ces premières représentations montrant plusieurs dendrites partant du corps cellulaire, le consensus persistant parmi les neuroscientifiques est que les cellules de Purkinje ne possèdent qu'une seule dendrite principale qui forme une connexion avec une fibre grimpante solitaire provenant du tronc cérébral. Cependant, une étude récente de l'Université de Chicago, récemment publiée dans la revue Science, révèle que les croquis de Cajal étaient effectivement exacts : pratiquement toutes les cellules de Purkinje du cervelet humain possèdent plusieurs dendrites primaires.

D'autres études chez la souris ont montré qu'environ 50 % de leurs cellules de Purkinje possèdent également cette structure plus complexe, et parmi ces cellules, 25 % reçoivent un apport de plusieurs fibres grimpantes qui se connectent à différentes branches de dendrites primaires. Des expériences enregistrant l'activité cellulaire chez des souris vivantes ont également révélé que les branches primaires peuvent être activées indépendamment, en répondant à différents stimuli provenant de l'environnement.

"Plus vous travaillez avec un certain prototype de cellule dans votre esprit, plus vous l'acceptez", a déclaré Christian Hansel, Ph.D., professeur de neurobiologie à UChicago et auteur principal de l'étude, faisant référence au modèle canonique qui Les cellules de Purkinje ont une dendrite primaire qui se connecte à une fibre grimpante. "Ces dessins de Cajal existent depuis les années 1900, nous avons donc certainement eu suffisamment de temps pour y prêter attention, mais ce n'est que maintenant, avec cette analyse quantitative, que nous voyons qu'il est presque universel que les cellules humaines aient chacune plusieurs dendrites complètes, et nous pouvons voir que cela fait aussi une différence qualitative.

Le cervelet (du latin « petit cerveau ») se trouve à la base du crâne, juste au-dessus du point de connexion de la moelle épinière. Depuis que le médecin français Jean Pierre Flourens a décrit pour la première fois la fonction du cervelet en 1824, les scientifiques pensaient que son seul rôle consistait à coordonner les mouvements et l'activité musculaire, mais les progrès technologiques ont montré que le cervelet joue également un rôle important dans le traitement des informations concernant les fonctions internes et l'environnement extérieur, y compris les sensations de proprioception et d'équilibre.

Les cellules cérébelleuses de Purkinje sont comme de grandes antennes recevant des milliers d’informations transmettant un spectre d’informations contextuelles provenant du reste du corps. Ces signaux sont ensuite intégrés à un signal d’erreur de prédiction, indiquant une inadéquation entre le contexte et les attentes du cerveau. Ce signal d’erreur est fourni par les fibres nerveuses qui remontent du tronc cérébral et se connectent à leurs structures dendrites de Purkinje cibles. À juste titre, ces nerfs sont appelés « fibres grimpantes ».

La compréhension standard de ces connexions est que chaque cellule de Purkinje possède une dendrite primaire qui part du corps cellulaire et se connecte à une fibre grimpante, formant ainsi une seule unité de calcul. La croyance en cette relation biunivoque entre les fibres grimpantes et les cellules de Purkinje, un dogme central dans le domaine que l'on retrouve dans tous les manuels de neurosciences, vient en grande partie d'études sur les rongeurs, qui ont principalement la configuration d'une seule dendrite.

Cellules de Purkinje de souris. Bien que 50 % des cellules de Purkinje de souris possèdent une seule dendrite primaire, l’autre moitié possède plusieurs dendrites, un peu comme les cellules humaines. Crédit : Silas Busch, Université de Chicago