Capsule outil : l'identification des voies cérébrales

Pour identifier les connexions entre différentes structures du cerveau, les chercheurs peuvent travailler directement sur le cerveau humain ou, comme c'est souvent le cas en recherche, utiliser un modèle animal.

Dans les études avec des animaux, deux approches expérimentales s'offrent à eux.

A) Les techniques de dégénérescence, basée sur la réaction des neurones aux lésions.

Quand un axone est déconnecté de son corps neuronal, il dégénère et est éventuellement attaqué par des cellules phagocytaires. On produit donc des lésions très localisées et, grâce à des colorants, on peut mettre en évidence certaines voies. Cette approche est cependant limitée car ce ne sont pas tous les neurones qui démontrent une dégénérescence marquée après une lésion.

B) Les techniques de traçage, basée la capacité qu'ont les neurones de faire circuler des molécules dans leur axone (le " transport
axonal ").

Pour localiser l'origine d'une voie neuronale, un marqueur moléculaire (comme l'enzyme horseradish peroxidase, par exemple) est injecté dans la région où se termine les axones. Ce marqueur est transporté vers le corps cellulaire grâce au transport axonal " rétrograde ". Il y catalysera une réaction dont le produit dans le corps cellulaire sera détectable en microscopie électronique, révélant du même coup les neurones d'où origine la voie.

À l'inverse, on peut aussi déterminer l'endroit où se terminent les axones en injectant certains précurseurs radioactifs dans la région des corps cellulaires. Ces derniers vont les incorporer dans des macromolécules qui seront ensuite acheminées au bout de l'axone grâce au transport axonal " antérograde ". Un film sensible à la radioactivité permet de visualiser les voies ainsi marquées.

Source: The emotional Brain, by Joseph Ledoux

Malgré ses milliards de neurones qui forment un réseau d'une incroyable complexité, des patterns de connexion très précis peuvent être mis en évidence grâce aux techniques de traçage. Dans le schéma ci-contre par exemple, le réseau de neurones central reçoit des inputs de la région B et C, mais pas de la région A ou D. Le même réseau donne naissance à des outputs vers les régions X et Y, mais pas W ou Z. Aussi, la région C communique avec Y à la fois directement et par l'intermédiaire du réseau central.

 

Dans les études faites directement chez l'humain, il n'est évidemment pas question de créer des lésions ou d'injecter des marqueurs et l'on doit procéder autrement.

On tire plutôt avantage du fait qu'il n'y a pas de régénération axonale sur de longues distances après une lésion au cerveau. L'espace créé dans le système nerveux par la disparition de ces axones se remplit d'astrocytes qui vont laisser des " cicatrices " à la place des anciennes voies. De tels changements histologiques survenus suite à des lésions accidentelles très spécifiques ont permis d'accumuler des données fiables sur la connectivité du cerveau humain.

Ces données, couplées à celles des modèles animaux, ont permis d'avoir une bonne idée de la connectivité générale du cerveau. Mais elles nous permettent également de comprendre pourquoi l'on n'a pas encore une vision exhaustive de toutes les voies cérébrales.