Pour étudier les neurones clés de notre cerveau, utilisés pour l’apprentissage, les chercheurs ont génétiquement modifié des souris. Cette modification a accidentellement coupé leur capacité d’apprentissage en « zombifiant » ces neurones clés. Cette chance n’est pas sans utilité pour les avancées scientifiques.
Ce sont des neurones qui ne fonctionnent plus normalement, tout en restant actifs et vivants : une étude publiée le 2 avril 2024 met en avant la découverte de « neurones zombies » dans le cerveau. Et contrairement à ce que peut laisser entendre cette expression – utilisée par les auteurs –, ces neurones n’ont rien de dangereux. C’est même tout le contraire.
C’est au niveau du cervelet (cervelet, le « petit cerveau »), que l’on retrouve chez les vertébrés, c’est là que se situe cette découverte. Il s’agit d’un domaine déterminant ; il coordonne nos mouvements et notre équilibre, ainsi que notre apprentissage. Pour y parvenir, le cervelet reçoit en permanence des signaux d’erreur et modifie notre réponse comportementale en itérant sur ces signaux très spécifiques.
On ne sait pas précisément quelle forme prennent ces signaux dans le cervelet ni comment ils sont traités. C’était précisément le but de cette étude, basée sur des souris, dont le cerveau présente de nombreuses similitudes avec le nôtre. Pour ce faire, ils ont utilisé une technique appelée optogénétique : elle consiste à activer des neurones spécifiques à l’aide de signaux lumineux captés par les yeux. Dans ce cas, le défi était d’activer les « fibres grimpantes » qui servent de points d’entrée aux signaux reçus par le cervelet.
” Les fibres grimpantes répondent normalement à des stimuli sensoriels, comme une bouffée d’air dans l’œil. », expliquent les chercheurs. ” En activant précisément ces fibres de manière optogénétique, nous avons pu faire croire à la souris qu’elle avait reçu une bouffée d’air, alors que ce n’était pas le cas. » Au fil de la stimulation des fibres grimpantes via ce signal visuel, les souris ont appris à cligner des yeux en réponse à cette stimulation, même si elle n’existait pas. Il n’y avait pas vraiment de souffle d’air ici. ” Cela prouve que ces fibres sont suffisantes pour piloter ce type d’apprentissage associatif. »
Des neurones zombifiés qui nous apprennent beaucoup
La première découverte de l’étude est donc de prouver l’utilité des fibres grimpantes dans l’apprentissage associatif. Mais une seconde découverte inattendue s’est glissée dans leur travail.
Pour mobiliser l’optogénétique, les chercheurs ont modifié génétiquement les souris en injectant, dans leurs fibres grimpantes, une protéine réactive à la lumière, appelée Channelrhodopsin-2 (ChR2 en abrégé). Mais ces souris génétiquement modifiées n’étaient plus capables de répondre normalement à des signaux normaux comme un véritable souffle d’air.
” La preuve la plus convaincante à ce jour que les signaux des fibres grimpantes sont essentiels à l’apprentissage associatif »
Les fibres grimpantes ont été accidentellement coupées du reste du circuit, alors qu’elles continuaient à fonctionner. Bref, ils existaient, ils étaient actifs, mais ils ne servaient plus à rien. ” Il s’est avéré que l’introduction de ChR2 dans les fibres grimpantes modifiait leurs propriétés naturelles, les empêchant de répondre de manière appropriée aux stimuli sensoriels standards tels que les bouffées d’air. », expliquent les chercheurs. Résultat ? Cela a eu pour effet de « bloquer complètement la capacité des animaux à apprendre » (en dehors de la stimulation optogénétique).
Pour leurs auteurs, le fait même qu’une modification des fibres grimpantes interrompe la capacité naturelle d’apprentissage représente « la preuve la plus convaincante à ce jour que les signaux des fibres grimpantes sont essentiels à l’apprentissage associatif (…) ». Ils veulent maintenant comprendre pourquoi et pourquoi l’ajout de la protéine ChR2 provoque la zombification de ces neurones – car cela pourrait permettre de mieux comprendre leur fonctionnement fondamental.
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