Des synapses ultrarapides dans l’oreille nous empêchent de tomber, et nous savons maintenant comment
Le mécanisme d’un type de transmission synaptique ultrarapide a été révélé après des années de recherche.
Après plus de 15 ans de recherche, les scientifiques ont enfin révélé les secrets d’une synapse très spéciale. Enfouies dans l’oreille interne, ces synapses peuvent traiter les signaux plus rapidement que n’importe quelles autres dans le corps, mais les neuroscientifiques ne pouvaient pas comprendre comment cela était possible – jusqu’à présent.
Les humains, ainsi que de nombreux autres animaux, dépendent d’un système délicat de structures qui nous permettent de marcher et de tourner la tête sans avoir le vertige et tomber. Ce système est connu sous le nom de système vestibulaire et, lorsqu’il fonctionne mal, il peut entraîner des troubles tels que le vertige et d’autres problèmes d’équilibre. On estime qu’un Américain sur trois âgé de plus de 40 ans en est atteint ; le traitement peut s’avérer délicat et les patients risquent de tomber et de se blesser davantage.
Les réflexes induits par le système vestibulaire sont les plus rapides de tout le système nerveux. Des études antérieures ont révélé que cela était dû à un type particulier de synapse, qui peut transmettre des informations sans le délai habituel de 0,5 milliseconde que requiert la signalisation par neurotransmetteur.
Ce processus ultrarapide a été baptisé “transmission non quantitative”. Cependant, bien que les scientifiques aient pu mettre un nom sur ce phénomène, ils n’étaient pas encore totalement sûrs de son fonctionnement. La nouvelle étude, menée par une équipe de l’université Rice, a apporté quelques réponses.
L’oreille interne contient des cellules extrêmement sensibles appelées cellules ciliées. Comme leur nom l’indique, les faisceaux de capteurs ressemblant à des cheveux sur ces cellules détectent les mouvements de la tête via le liquide environnant. Ils transmettent des informations aux neurones qui se connectent directement au cerveau, fournissant des mises à jour constantes pour que nous puissions rester debout et garder une vision stable.
Les neurones rencontrent les cellules ciliées au niveau d’une structure en forme de coupe appelée calice. Comme vous pouvez le voir sur le schéma ci-dessous, le calice entoure l’extrémité de la cellule ciliée, laissant un minuscule espace – la fente synaptique.
La cellule ciliée (bleue) est entourée par le calice (vert) de sa cellule nerveuse partenaire. Les ions circulent dans des canaux situés de part et d’autre, créant un potentiel électrique à travers la fente synaptique qui permet aux informations de circuler à des vitesses très rapides. Crédit image : Aravind Chenrayan Govindaraju/Rice University
“Le calice vestibulaire est une merveille de la nature”, a déclaré dans un communiqué Anna Lysakowski, coauteur de l’étude, de l’Université de l’Illinois à Chicago. “Sa grande structure en forme de coupe est la seule de ce type dans tout le système nerveux […] Nous essayons depuis longtemps de comprendre son utilité particulière.”
Les auteurs ont créé un modèle informatique pour simuler la transmission non quantique, en examinant spécifiquement ce qui se passait à l’intérieur de la fente synaptique. Ils ont observé que la vitesse de transmission au niveau de ces synapses était due aux changements de potentiel électrique, en suivant le flux d’ions potassium à travers les canaux de la cellule ciliée et à travers la fente.
“Le mécanisme s’avère être assez subtil, avec des interactions dynamiques donnant lieu à des formes rapides et lentes de transmission non quantitative”, a déclaré l’auteur correspondant Rob Raphael.
“La capacité clé était de pouvoir prédire le niveau de potassium et le potentiel électrique à chaque endroit de la fente”, a ajouté la co-auteure Ruth Eatock, de l’université de Chicago.
L’équipe a conclu que c’était la forme même du calice qui rendait ce type de transmission possible, et suggère dans son article que “ce mécanisme de transmission électrique entre cellules peut agir sur d’autres synapses”.
Ce travail a été long à venir pour le co-auteur Imran Quraishi en particulier. Aujourd’hui professeur adjoint à l’université de Yale, Quraishi a commencé à travailler sur une première version du modèle informatique pendant ses études supérieures dans le groupe de recherche de Raphael. Au cours des années qui ont suivi, de plus en plus de preuves étayant l’idée d’une transmission non quantique sont apparues, mais le mécanisme sous-jacent n’était toujours pas clair.
“Le travail inachevé me pesait”, a déclaré M. Quraishi. Heureusement, l’aide est arrivée sous la forme d’un étudiant diplômé, Aravind Govindaraju, qui a pris les rênes du projet en 2018.
Comme le dit Raphael, l’aboutissement de tout ce travail a fourni à la science des réponses attendues depuis longtemps.
“Au cours des 30 dernières années – depuis l’observation initiale de la transmission non quantique – les scientifiques se sont demandés : ‘Pourquoi cette synapse est-elle si rapide ?’ et ‘La vitesse de transmission est-elle liée à la structure unique du calice ?’ Nous avons apporté des réponses à ces deux questions.”
L’article est publié dans PNAS.
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Source : IFLScience – Traduit par Anguille sous roche
