Astrocytes dans la tête

2009/01/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Anatomia/Fisiologia

Astrocytes (verts) et neurones (jaunes).

(Photo: M. Khazaei)

Une façon d'étudier le fonctionnement du cerveau est l'étude de l'activité électrique. Les neurologues ont beaucoup développé ce type de recherche. Le cerveau fait continuellement passer des signaux électriques par des neurones. C'est le moteur d'une voiture arrêtée mais en marche ; le cerveau fonctionne. Mais quand le corps fait quelque chose, voit, entend, déplace, ole, sent, ou lance un autre type d'activité, le flux de signaux électriques cérébraux augmente dans certaines zones. Les neurologues recherchent la corrélation entre les activités du corps et les parties du cerveau qui sont activées. Ils obtiennent des résultats étonnants.

Mais ce n'est pas la seule façon de comprendre le fonctionnement du cerveau. Une autre voie est de suivre les signaux électriques au niveau cellulaire et moléculaire et gagne de la force. Ce n'est pas non plus une nouvelle ligne de recherche; on étudie depuis longtemps ce qui se passe avec le signal électrique pour pouvoir passer d'un neurone à l'autre, où et comment les signaux électriques sont générés, etc. Mais, malgré son ancienneté, ce chemin n'a pas été épuisé du tout. Précisément, les techniques de dernière génération ont ouvert de nouvelles portes. De nouvelles questions. Et avec le temps, la recherche de composants non neuronaux est devenue indispensable, y compris les astrocytes.

Demande d'énergie

La question qui a amené les chercheurs à traiter les astrocytes a à voir avec l'énergie. D'où proviennent les neurones l'énergie nécessaire pour transporter le signal électrique ? Certaines molécules transportent le signal de manière échangée. Mais la synthèse et la mobilisation de ces molécules consomment de l'énergie. D'où vient cette énergie ?

Comme dans de nombreux processus cellulaires, cette énergie provient de l'oxydation du glucose, en définitive des molécules que le sang apporte. Lorsque le corps fait quelque chose, les neurones consomment plus d'énergie que lorsqu'il se tient, ce qui signifie qu'il a besoin de beaucoup plus de sang, plus de glucose et plus d'oxygène. Les chiffres sont spectaculaires, le cerveau n'a que 2% de la masse corporelle, mais consomme 15% du sang, nécessite 25% de la consommation de glucose dans tout le corps et environ 20% de la consommation d'oxygène.

Image du cerveau par MRI.

Fichier de fichier

Selon les besoins, les neurones prennent du glucose et de l'oxygène des vaisseaux sanguins, produisent de l'oxydation, produisent de l'énergie et déplacent les neurotransmetteurs.

Pour que tout cela soit efficace, le cerveau a besoin d'une infrastructure solide. Les chercheurs affirment que le cerveau est un organe très vasculaire, c'est-à-dire avec une densité très élevée de petits vaisseaux sanguins par rapport aux autres organes. Il dispose d'un réseau compact de capillaires qui permet à travers le sang que le glucose et l'oxygène atteignent tous les neurones. En bref, le cerveau fonctionne grâce à deux composants: neurones et vaisseaux sanguins.

Cependant, il y a un problème; si nous regardons de près, nous voyons que les vaisseaux sanguins et les neurones ne sont pas ensemble. Le sang ne libère ni glucose ni oxygène directement dans les neurones. Parmi eux se trouve un troisième composant, les astrocytes. En conséquence, la conclusion est correcte : le travail des astrocytes est de communiquer les vaisseaux sanguins et les neurones et de réaliser les travaux de transport.

Plus que le support

La fonction des astrocytes n'est pas évidente. Même le développement des techniques fines existantes n'a pas pu être analysé. En outre, on ne voyait aucun besoin parce que les neurologues considéraient que seuls les neurones ont à voir avec l'activité du cerveau. On pense que l'objectif de toutes sortes de cellules était de maintenir la structure du réseau neuronal. En fait, le pathologiste Rudolf Virchov a appelé glia les autres cellules qui n'étaient pas neurones, dérivé du mot anglais glue (queue). En réalité, la glia est un mélange de plusieurs cellules, mais les plus abondantes sont les astrocytes. En outre, ils sont aussi abondants que les neurones.

Aujourd'hui, il s'agit d'une vaste gamme de fonctions astrocytaires connues. En plus de la communication entre les vaisseaux sanguins et les neurones, et en plus de servir de support, ils effectuent de nombreuses autres fonctions, la plupart liées au contrôle moléculaire de la zone. En définitive, ils font le nettoyage, expulsent des molécules dangereuses, etc.

La glia conjugue de nombreux types de cellules, les plus abondantes sont les astrocytes.

M. Miller

Ces tâches consomment également de l'énergie, ce n'est pas une grande consommation, surtout par rapport à celui qui consomme l'activité neuronale. Cependant, pour comprendre le bilan énergétique du cerveau, il est nécessaire d'étudier la dynamique des astrocytes, qui travaillent avec des neurones.

En fait, les astrocytes sont physiquement collés aux deux autres composants. Ainsi, l'environnement neuronal détecte l'activité des synapses et est coordonné avec celle des vaisseaux sanguins pour répondre à cette activité.

Glutamate

Un pourcentage élevé de l'activité des synapses est lié à un neurotransmetteur unique: le glutamate. Dans le cortex, c'est-à-dire dans la partie du cerveau qui effectue la plupart des fonctions cognitives, le glutamate représente plus de 80% des neurotransmetteurs. C'est le neurotransmetteur le plus courant. C'est pourquoi votre métabolisme est utilisé pour étudier l'activité du cerveau.

La synapse émet du glutamate et, après la transmission du signal, les astrocytes la recyclent. Le processus est extrêmement rapide. Pour deux raisons. D'une part, l'accumulation de glutamate dans le cerveau est très dangereuse, car une stimulation excessive des neurones peut provoquer un infarctus. Pour transmettre le signal, il suffit d'un peu de glutamate et le reste sera rapidement éliminé. En outre, l'excès de glutamate produit un son de fond dans la transmission du signal. Il est donc évident que l'élimination du glutamate excédentaire doit être rapide, travail effectué par les astrocytes à travers le recyclage du glutamate, transformé en une autre molécule par des réactions chimiques, pour le transformer de nouveau en glutamate dans les neurones.

Schéma organisationnel du réseau des astrocytes. Les tailles ne sont pas dans des proportions précises, mais le schéma sert à démontrer qu'il existe un réseau complet d'astrocytes entre les synapses neuronales et les vaisseaux sanguins.

G. Roa

Ce travail consomme de l'énergie. Ce n'est pas beaucoup, mais les astrocytes doivent récupérer cette énergie. Une petite proportion de glucose qu'ils prennent du sang est dirigée à elle. Précisément, les techniques de représentation de l'activité du cerveau perçoivent cette consommation énergétique et, en définitive, détectent l'activité du cerveau, puisque le travail des neurones et la consommation énergétique des astrocytes se produisent conjointement.

Réseaux

Les techniques d'exploration cérébrale interne sont des techniques de détection des changements métaboliques. Par conséquent, l'utilisateur doit connaître en détail la voie métabolique qui lit la technique dans chaque expérience.

Le processus d'élimination du glutamate est un exemple. Et un exemple très fructueux, puisque la recherche de cette voie métabolique a apporté des surprises.

Les neurologues de l'Université de Lausanne ont découvert que les réseaux sont formés non seulement par des neurones, mais aussi par des astrozes. En fait, la communication entre neurones et vaisseaux sanguins se produit comme une onde dans les astrocytes. C'est une onde métabolique, c'est-à-dire le glucose, l'oxygène et d'autres substrats s'étendent à tous les astrocytes qui entourent le vaisseau sanguin, et d'eux à ceux qui l'entourent, etc. Ils s'étendent dans toutes les directions.

Par conséquent, la communication ne se produit pas dans une ligne droite, mais s'étend à tout un espace; le processus qui est initialement activé dans quelques synapses s'étend également à d'autres croyances de l'environnement. Ainsi, la communication entre deux neurones connectés peut déclencher d'autres neurones proches, même s'ils ne sont pas directement liés.

Glutamate.

G. Roa

Ces mécanismes rendent plus difficile que prévu de comprendre le fonctionnement des réseaux neuronaux. De plus, de nombreuses autres fonctions des astrocytes peuvent être non résolues.

Il manque beaucoup de travail dans la recherche des astrocytes. Par exemple, certains neurologues du MIT ont proposé que le coupable de certaines maladies n'est pas nécessairement un échec dans le fonctionnement des neurones, mais que les pannes dans le réseau des astrocytes auront également à voir avec ces maladies. Selon eux, parmi ces maladies on pourrait trouver l'autisme et la schizophrénie.

Sinon, dans certaines expériences, les astrocytes ne fournissent pas toujours des neurones avec toute l'énergie dont ils ont besoin. Dans ces cas, des pertes neuronales se produisent. On ne sait pas pourquoi cela se produit, et vous devrez peut-être améliorer les techniques d'exploration du cerveau pour répondre à ces questions. Les neurones sont très intéressants, mais si vous regardez bien voir d'autres cellules intéressantes dans le cerveau. Oui, il faut bien regarder.

Les deux techniques les plus pratiques pour regarder le cerveau

Actuellement, la plupart des images du fonctionnement du cerveau sont produites par deux techniques: Tomographie PET (tomographie d'émission de positrons) et MRI (représentation par résonance magnétique). Ces techniques permettent de visualiser l'énergie consommée par les neurones. Dans cette consommation certaines molécules et, surtout, atomes émettent des photons, qui est ce que les deux techniques reçoivent. Mais de deux façons différentes.

L'activité cérébrale vue avec la technique PET.

L. West; R. LeBlanc

PET

La tomographie PET utilise des isotopes radioactifs, mais pas de toute nature, seulement ceux qui émettent des positrons en se désintégrant - par exemple le fluor-18. Les positrons disparaissent très vite, ils ne peuvent pas durer parce qu'ils se débarrassent de rien en heurtant un électron et libèrent de l'énergie. La tomographie PET recueille cette énergie. L'idée est de coller les isotopes radioactifs à la molécule que vous voulez étudier et les injecter dans le flux sanguin. Pour le suivi de l'activité neuronale est généralement très utile l'étude du glucose cérébral, mais selon les besoins d'autres molécules sont utilisées dans la tomographie PET.

Le MRI permet l'observation des vaisseaux sanguins cérébraux.

Fichier; Dreamattack

MRI

La technique du MRI ne nécessite rien d'injecter au patient. Il mesure la proportion entre deux formes d'hémoglobine dans le sang, avec de l'oxygène et sans oxygène (l'hémoglobine est une protéine qui transporte de l'oxygène). Quand un endroit du cerveau a besoin d'énergie, cette proportion change et l'IRM détecte et représente l'endroit où le changement se produit.