Pourquoi notre cerveau est «énergivore», même au repos ?

Le cerveau consomme beaucoup d’énergie, plus que celle nécessaire aux autres organes du corps humain. Depuis plusieurs années, des scientifiques s’interrogent sur ce phénomène car même lorsqu’il est au repos, le cerveau est énergivore. Dans la revue Science Advances, ils publient des pistes d’explication : la membrane qui entoure les neurotransmetteurs, chargés de transmettre l’information entre les neurones.

Des "conteneurs" fuyants 

L’auteur principal de cette étude, le Dr Timothy Ryan, et son équipe travaillent sur ce sujet depuis plusieurs années. Ils ont démontré que les terminaisons synaptiques des neurones, des excroissances ressemblant à des bourgeons à partir desquelles ils envoient des neurotransmetteurs, sont de grosses consommatrices d'énergie lorsqu'elles sont actives. Dans cette nouvelle recherche, ils ont examiné cette consommation lorsqu’elles sont inactives : ils ont constaté qu’en pleine inactivité, ces terminaisons sont toujours énergivores. En poursuivant leurs travaux, ils ont identifié de minuscules capsules, les vésicules synaptiques, comme étant la principale cause de consommation d’énergie des neurones inactifs. Pour les neurones, ces vésicules sont comme des conteneurs pour les neurotransmetteurs : elles les tirent pour les envoyer vers d’autres neurones. Cet "emballage" des neurotransmetteurs  est un processus qui consomme de l'énergie chimique, et les scientifiques ont constaté que ce mécanisme fuie : il est si fuyant qu’il "continue de consommer une énergie importante même lorsque les vésicules sont remplies et que les terminaux synaptiques sont inactifs", constatent-ils. 

Une trop grande sensibilité du "transporteur"

Grâce à différentes expériences, les auteurs de l’étude ont pu mettre en lumière le rôle de certaines protéines, appelées transporteurs. En temps normal, elles changent de forme pour pouvoir déplacer les neurotransmetteurs dans les vésicules. Or, le seuil d'énergie pour ce changement de forme du transporteur a été réglé bas par l’évolution de l’espèce pour permettre un rechargement plus rapide des neurotransmetteurs pendant l'activité synaptique, et donc une réflexion et une action plus rapides. "L'inconvénient d'une capacité de chargement plus rapide est que même des fluctuations thermiques aléatoires peuvent déclencher le changement de forme du transporteur, provoquant cette fuite d'énergie continue même lorsqu'aucun neurotransmetteur n'est chargé", explique l’auteur principal de l’étude. 

Quelles sont les applications de cette étude ? 

"Ces résultats nous aident à mieux comprendre pourquoi le cerveau humain est si vulnérable à l'interruption ou à l'affaiblissement de son approvisionnement en énergie", décrypte le Dr Timothy Ryan. Car, même si ces fuites sont minimes, dans la mesure où le cerveau contient des centaines de milliards de vésicules synaptiques, la perte d’énergie s’accumule. Mais ces résultats pourraient aussi avoir des implications dans la compréhension de maladies neurologiques."Des déficiences métaboliques ont été notées dans une multitude de maladies cérébrales courantes, notamment la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson, rappellent les auteurs. Cette piste d'investigation pourrait finalement aider à résoudre d'importantes énigmes médicales et suggérer de nouveaux traitements."