Les chercheurs ont découvert que l’activité des neurones du cerveau se modifie à intervalles réguliers, suivant le cycle cardiaque. "Nous étions en train d'enregistrer les neurones du cerveau de patients humains auxquels nous avions implanté des électrodes pour des procédures neurochirurgicales, lorsque nous avons superposé l'activité neuronale aux battements du cœur, nous avons constaté que de nombreux neurones changeaient leur modèle d'activité électrique à chaque battement du cœur", raconte Clayton Mosher qui a codirigé le projet. Les résultats de l'étude ont été publiés dans la revue Cell Reports.
Plus d’informations sur les neurones
Ces résultats ont surpris les chercheurs. Pour mener cette étude, ils ont réalisé 47 séances d’enregistrement pour surveiller le rythme cardiaque de 31 personnes grâce à un électrocardiogramme. Cela leur a permis de suivre l’activité électrique de 1 090 neurones dans le cerveau. Le résultat est que l'amplitude des signaux a varié de 1,7 % dans l'ensemble du cerveau, plus précisément dans les régions sous-corticales habitées par des structures cérébrales profondes. Cela s’explique, selon l’équipe de recherche, par l’importante densité d’artères qui se trouve à la base du cerveau, rendant les structures profondes plus sensibles aux mouvements cardiaques.
Pour comprendre le mouvement du cerveau pendant un battement de cœur, les chercheurs ont simulé une activité cardiaque virtuelle en une déplaçant une électrode à autour du corps cellulaire d'un neurone modèle. Ils l’ont ensuite éloigné de 100 micromètres pour le rapprocher progressivement jusqu'à retrouver la même altération d'amplitude que celle qu'ils avaient constatée in vivo. L’électrode a dû être déplacé de 3,45 micromètres, soit la distance parcourue par le cerveau pendant un battement de cœur. “Ce que nous avons pu montrer, c'est que si on l'utilise de manière intelligente, ce mouvement naturel du cerveau peut nous en dire beaucoup plus sur l'identité des cellules que nous enregistrons, précise Clayton Mosher. En effet, la mesure de l'activité d'un même neurone à différents endroits du cerveau fournit des informations supplémentaires sur le neurone.”
Une découverte majeure
Les chercheurs ont concentré leurs recherches dans l’étude de l’hippocampe, et plus précisément sur 69 des 183 neurones hippocampiques dont la plus grande altération d'amplitude avait été mesurée durant le cycle cardiaque. Grâce à cette technique, ils se sont rendu compte que les neurones à signaux larges (BS) les interneurones, dont les signaux sont étroits (NS), ont une activité différente quand l’électrode est immobile. Cela a permis de créer deux sous-catégories de neurones à signaux larges puisque les signaux se distinguent à partir du moment où l'électrode est déplacée. Le mouvement du cerveau a permis d'identifier un nouvel embranchement au sein de cette catégorie de neurone, qui permet d'approfondir notre connaissance des différents types de neurones.
Cette découverte représente une avancée majeure pour la compréhension du fonctionnement de notre cerveau. “En fin de compte, pour comprendre le fonctionnement du cerveau, nous devons comprendre quels sont les différents types de cellules qui existent dans le cerveau et comment ces classes de cellules interagissent entre elles pour produire la cognition et le comportement”, explique Costas Anastassiou, directeur de l’étude. Son collègue Clayton Mosher ajoute que : “Le deuxième objectif est d'étudier comment les battements du cœur et la respiration, à leur tour, influencent le comportement ou la cognition.”