Le CERVEAU 10 fois plus speed qu'on ne le pensait

Avec ces travaux, les scientifiques pensaient que les dendrites faisaient passer « doucement » les signaux reçus de la synapse de la cellule (la jonction entre deux neurones) au soma, qui à son tour générait une impulsion électrique. Ces courts signaux électriques, connus sous le nom de pointes somatiques, étaient considérées comme au cœur de l'apprentissage des neurones. L'équipe de l'UCLA montre que les dendrites ne sont pas seulement des vecteurs passifs. En effet, les dendrites sont électriquement actives chez l'animal qui se déplace librement, générant même près de 10 fois plus de pics que les somas. Cette constatation est effectuée sur des rats de laboratoire, grâce à une nouvelle technique qui consiste à placer les électrodes près, plutôt que dans, les dendrites. En utilisant cette approche, les scientifiques ont mesuré l'activité des dendrites durant 4 jours chez des rats pouvant se déplacer librement dans un grand labyrinthe. En prenant des mesures à partir du cortex pariétal postérieur, la partie du cerveau qui joue un rôle clé dans la planification des mouvements, les chercheurs constatent beaucoup plus d'activité dans les dendrites que dans les somas, soit 5 fois plus de pics au repos et 10 fois plus de pics en mouvement.

Un changement de paradigme : cette découverte remet ainsi en question l'idée de longue date que les pics somatiques sont le mécanisme principal en cause dans la perception, l'apprentissage et la formation de la mémoire. Alors que les dendrites représentent plus de 90% du tissu neural et qu'elles apparaissent bien plus actives que le soma, cela modifie fondamentalement la vision dont le cerveau gère l'information, ouvre la voie à une nouvelle compréhension des troubles neurologiques, et apporte de nouvelles bases aux recherches sur l'intelligence artificielle.

Les dendrites génèrent de grandes fluctuations de tension en plus des pointes : en effet si les somas génèrent des pics (tout) ou rien, soit suivent un système binaire comme les ordinateurs, les dendrites font bien plus et sont capables d'émettre des signaux de tensions. Les chercheurs suggèrent que les dendrites exécutent le calcul analogique. Ce seraient donc des « hybrides » capables à la fois de calculs analogiques et numériques, « un peu similaires aux ordinateurs quantiques », explique le Pr Mehta, professeur de physique et d'astronomie, de neurologie et de neurobiologie à l'UCLA : « Les neurones sont des dispositifs numériques, ils génèrent soit une pointe, soit pas. Les dendrites ne se comportent pas comme un dispositif numérique : les dendrites génèrent des pics numériques, tout ou rien, mais montrent également de grandes fluctuations analogues qui ne sont pas tout ou rien. C'est un écart majeur par rapport aux théories des neuroscientifiques soutenues depuis environ 60 ans ».

Parce que les dendrites sont près de 100 fois plus importantes en volume que les centres neuronaux (somas), le grand nombre de pics dendritiques associé pourrait signifier une capacité « de calcul » du cerveau 100 fois plus importante que précédemment évalué. Jusque-là, c'était en examinant le soma pour comprendre comment fonctionne le cerveau que les scientifiques avaient pu avancer dans le diagnostic et le traitement des maladies neuronales. Cette découverte qui suggère que les processus clés sont lus souvent liés aux dendrites qu'au corps cellulaire ou soma, ouvre une nouvelle fenêtre « sur la vie secrète des neurones » et les dysfonctionnements associés.

09 Mar 2017 DOI: 10.1126/science.aaj1497 Dynamics of cortical dendritic membrane potential and spikes in freely behaving rats via UCLA The brain is 10 times more active than known (Visuel@Shelley Halpain/UC San Diego)