samedi 14 octobre 2017

L'Ocytocine Protège le Cerveau du Nouveau-né


L'ocytocine met le cerveau fœtal en silencieux pendant le processus
 de l'accouchement et réduit sa vulnérabilité au manque d'oxygène


L’ocytocine est une molécule produite naturellement dans l’hypothalamus, à la base du cerveau et est stocké dans le lobe postérieur de l’hypophyse, la “glande maîtresse“ du système endocrinien (hormonal), d’où elle est libérée par pulsations.

Découverte. Le Britannique Henry Dale extrait du cerveau humain, en 1906, une substance provoquant les contractions chez des chattes sur le point de mettre bas. Cette substance fut nommée ocytocine d’après le mot grec õkytokíne, qui signifie “naître rapidement” ou “accouchement rapide”. Elle est aussi associée à l’allaitement car elle stimule les glandes mammaires, une propriété qui fut découverte par Otto et Scott en 1910 et par Schafer et Mackenzie en 1911.

L’ocytocine fut également la première hormone peptidique dont Vincent de Vigneaud et al. ont pu déterminer la séquence des neuf acides aminés en 1953 et qu’ils ont  réussi à synthétiser la même année.

La mère informe et prépare le fœtus à l’accouchement grâce à l’ocytocine, hormone responsable de la survenue des contractions. Sous l’action de l’ocytocine, les neurones fœtaux sont anesthésiés et prêts à affronter le traumatisme et/ou le manque d’oxygène inhérents à la naissance.

Les complications lors de l’accouchement sont les causes majeures de séquelles neurologiques graves : épilepsie, handicap moteur, retard mental, etc. En cause, le choc traumatique et/ou le manque d’oxygène au moment de la naissance qui affecte le développement du cerveau du nourrisson.

Quelques heures avant l'accouchement chez la future mère, sous l'action d'une cascade d'événements et de la diminution de la progestérone (l'une des deux hormones de la grossesse), l'hypothalamus – le chef d'orchestre central de la sécrétion de toutes les hormones  fabrique puis libère l'ocytocine. Une hormone essentielle, à l'origine des contractions de l'utérus nécessaires à la mise en route du “travail” et à l'expulsion, mais aussi responsable de la montée de lait chez la future mère.

La sécrétion d’ocytocine augmente substantiellement durant la grossesse, favorisant l’absorption des nutriments, réduisant le stress et conservant l’énergie en améliorant le sommeil.

Au cours des premières semaines après l’accouchement, la production soutenue d’ocytocine va favoriser l’attachement mère-enfant. Il s’agit ici d’effets centraux de l’ocytocine, c’est-à-dire de modification dans les circuits mêmes du cerveau.


Comment le fœtus se prépare à l'accouchement


Des chercheurs de l'Institut de neurobiologie de la Méditerranée à Marseille dans une étude publiée dans la revue américaine Science en 2006, ont démontré le rôle de l'ocytocine sur le fœtus à l'aube de sa venue au monde. Grâce à cette hormone, la mère informe et prépare le bébé à l'imminence de l'accouchement en “anesthésiant” les neurones de son enfant. C'est un peu comme si le bébé entrait en hibernation durant cette phase cruciale. Il est alors paré à affronter le traumatisme de la naissance, voire même celui d'éventuelles complications comme le manque d'oxygène.

Des enregistrements de neurones de souriceaux, à partir de coupes de cerveau à différents stades de la vie prénatale, réalisés par les chercheurs, montrent que cinq à six heures avant la naissance, ces neurones sont particulièrement inhibés. Un peu comme s'ils avaient été soumis à un traitement fortement anesthésiant. Pour savoir si l'ocytocine libérée par la mère juste avant l'accouchement est bien à l'origine de ce phénomène, ils ont ensuite administré à la femelle une substance qui bloque les récepteurs à l'ocytocine. Par exemple un médicament utilisé en médecine humaine pour retarder le déclenchement du travail et empêcher une naissance prématurée.

Ils ont alors observé une suppression de l'inhibition de ces neurones. Cela suggère très fortement que l'ocytocine joue un rôle primordial dans cette “anesthésie” neuronale juste avant l'accouchement.

Le cerveau du nouveau-né est beaucoup plus résistant à des phases d'anoxie  baisse de l'oxygénation du cerveau  lorsque les neurones sont correctement endormis sous l'effet de cette hormone maternelle.


Hormone du comportement maternel


Au cours des premières semaines après l’accouchement, la production soutenue d’ocytocine va favoriser l’attachement mère-enfant. Il s’agit ici d’effets centraux de l’ocytocine, c’est-à-dire de modification dans les circuits mêmes du cerveau. Chaque fois que la mère allaite son enfant, celui-ci améliore en retour, par l’entremise de l’ocytocine, le lien qui l’unit à sa mère. Durant les mois ou les années où l’allaitement va se poursuivre, l’ocytocine va continuer de garder la mère bien nourrie et détendue malgré les nouveaux défis apportés par la présence du bébé.


lundi 2 octobre 2017

Rééducation Alimentaire – Comment Reprogrammer son Corps pour Aimer ce qui Est Sain



Les bonnes habitudes peuvent devenir aussi addictives que les mauvaises habitudes


Le cerveau est parcouru en permanence par des influx électriques, relayés entre les cellules par des messagers chimiques : les neurotransmetteurs. La digestion, l’assimilation et le stockage des aliments se font sous contrôle de ce système. Or, les neurotransmetteurs qui régissent notre fonctionnement métabolique sont également impliqués dans nos pensées et nos émotions. Comment s’étonner, alors, que notre état mental et émotionnel ait un impact sur la prise et la perte de poids ?

Les découvertes récentes des neurosciences ont permis de comprendre que les émotions mal gérées, l’excès de stress, les pensées obsédantes… interfèrent à la fois avec le comportement alimentaire et avec le métabolisme.


On peut entraîner son cerveau à aimer la nourriture saine


Des chercheurs de la Friedman School of Nutrition Science and Policy à la Tufts University, aux Etats-Unis, selon une étude publiée dans la revue scientifique Nutrition and Diabetes en septembre 2014, ont démontré par l'imagerie cérébrale qu'il était possible de “reprogrammer” nos cerveaux de façon à inverser l'addiction à la "junk food".

Le test a été mené sur 13 volontaires hommes et femmes obèses ou en surpoids en raison de mauvaises habitudes alimentaires. Les chercheurs expliquent que manger de façon répétitive de la nourriture "toxique" pour leur organisme les a, en quelque sorte, conditionnés à mal manger. Nous sommes génétiquement programmés pour aimer ce qui est gras et sucré. Huit des treize participants ont suivi un programme alimentaire pour perdre du poids. Au début de l'expérience et six mois plus tard, le cerveau de l'ensemble volontaires a été observé à l'IRM.

Objectif : vérifier s'il pouvait être reconditionné de façon à délester l'appétence pour la malbouffe au profit de choix alimentaires sains et équilibrés.

Ceux qui ont suivi le régime ont montré des changements cérébraux dans la zone associée à la récompense, l'apprentissage et l'addiction. Cette région est devenue plus sensible aux aliments pauvres en calories et bons pour la santé. Dit autrement, ce changement dans le circuit de la récompense s'est manifesté par un plus grand sentiment de satisfaction pour une alimentation équilibrée, et non plus pour les aliments gras et calorifiques. De nouvelles connexions neuronales se créent tandis que d’autres se mettent en sommeil.

D’après les scientifiques, deux semaines suffisent pour supprimer de son alimentation les aliments trop gras et trop sucrés, et reprogrammer ainsi son corps pour n’aimer que des aliments sains. Comment ? En résistant à la tentation grâce à quatre stratégies.

Faire des compromis. Selon une étude réalisée par la Duke University, nous préférerions manger un biscuit + trois quartiers de pommes plutôt que quatre biscuits. Même constat avec des chips et des carottes. Car se contenter d’une petite portion d’aliment gras ou sucré et compenser par quelque chose de sain permet de satisfaire ses envies tout en gardant une ligne de conduite pour rester en bonne santé.

Transpirer régulièrement. Des chercheurs en Kinésiologie à la Waterloo University affirment que faire du cardio est la meilleure manière de muscler son self-control. Les adeptes de la junk food ont une activité plus faible du cortex préfrontal dorso-latéral, par rapport aux personnes ayant une alimentation saine plus régulière. Pour développer l’activité de cette partie du cerveau, il suffirait de pratiquer au moins 150 min de cardio par semaine ou, 20 min par jour.

Se distraire. Il est important de garder une activité cérébrale en permanence si on ne veut pas succomber à l’appel du grignotage. Ainsi, il a été démontré, d’après une étude de la Plymouth University, que jouer pendant quelques minutes à un jeu virtuel permettait de zapper les fringales. En effet, la coordination qu’il faut mettre en œuvre entre regard et main laisse peu de place pour penser à une glace. Il est difficile de rester centré sur une image mentale même alléchante quand on a le regard rivé sur quelque chose en mouvement.

Se surveiller quand on est affamé. De nombreuses études montrent que l’organisme développe peu à peu une appétence pour les aliments consommés en cas de grandes faims. Il est important de surveiller son alimentation et limiter les aliments trop riches, trop gras ou trop sucrés. Ainsi, si l’on est dépendant aux snacks, notamment à l’heure du goûter, il est préférable de consommer des fibres et des protéines, puisque à la longue c’est ce qui finira par nous faire envie.


La malbouffe organisée


Notre organisme est agressé quotidiennement par une alimentation à 80% d’origine industrielle. Des lobbies agroalimentaires très puissants nous ont mis en tête des idées fausses, nocives pour notre santé. Une santé qui il est vrai, pèse bien peu face au profit immense que réalisent les grandes marques de l’alimentaire.

Les industriels ont mis au point des stratégies pour nous rendre dépendants à la malbouffe et qu’il s’agit d’éviter absolument. Notamment chez les jeunes. À l’adolescence, il est créé le capital santé qui va servir toute la vie.

Par ailleurs cette malbouffe, si elle est addictive, est un véritable cercle vicieux. Manger plus sucré déclenche des hypoglycémies réactionnelles. Face à un afflux de sucre rapide dans le sang, le cerveau déclenche la pompe à insuline du pancréas pour faire baisser le taux de sucre. Or, le cerveau est un gros consommateur de sucre, alors il va en réclamer.

L’intestin est le point de départ de nombreuses pathologies. Ce n’est pas pour rien qu’on le surnomme souvent “le deuxième cerveau”. Il convient donc de prendre soin de votre microbiote. Et c’est là qu’intervient la rééducation alimentaire.


L’excès d’acidité


Notre alimentation a un impact sur le degré d’acidité de notre milieu intérieur. Notre corps est composé à près de 70% d’eau. Celle-ci est présente à l’intérieur de nos cellules, mais aussi dans le liquide interstitiel où elles baignent, et dans nos liquides organiques (sang, lymphe). Lorsque ces liquides deviennent trop acides, cela entraîne un état de micro-inflammation latente qui favorise le stockage graisseux et les amas cellulitiques.

L’excès d’acidité a bien d’autres effets négatifs. Il favorise le vieillissement cellulaire, les douleurs articulaires, la fatigue. Pour cela, il suffit de privilégier, dans l’alimentation quotidienne, les aliments alcalinisants, et de diminuer les aliments acidifiants.

* Les aliments alcalinisants : les fruits et légumes frais.
* Les aliments acidifiants : les protéines animales (surtout la viande rouge), les céréales et les sucres (surtout raffinés).
* Les aliments neutres : les matières grasses et les laitages frais.


Apprendre à vouloir des aliments plus sains


Les bonnes habitudes peuvent devenir aussi addictives que les mauvaises habitudes.
Un cerveau normal reçoit clairement des signaux exprimant que le corps a faim. Une fois que le corps reçoit son alimentation, il dit au cerveau que le carburant calorique consommé est suffisant et celui-ci lui envoie une sensation de plénitude agréable et confortable.

Le cerveau d’une personne obèse n’est pas un endroit heureux et fonctionnel, au moins en ce qui concerne la nourriture. C’est parce que les êtres humains sont des créatures extrêmement émotionnelles et les émotions ont le pouvoir d’affecter fortement les processus métaboliques.

Les émotions fortes liées à l’alimentation peuvent étouffer le processus chimique naturel de communication dans le cerveau d’un sujet obèse. Sans une communication claire, le cerveau ne peut pas savoir quand il a faim. La proportion n’a aucun sens, et se renforcent les mauvaises habitudes alimentaires. Plutôt que de compter sur le corps pour communiquer qu’elle a faim, une personne obèse peut apprendre à manger comme réponse au stress, l’ennui ou l’anxiété. C’est là que la relation avec la nourriture pourrait devenir abusive.

Rééquilibrage alimentaire : une hygiène de vie au quotidien


Le rééquilibrage alimentaire est un moyen sain de reprendre le contrôle sur votre alimentation. Pas de privation ni de frustration ; rien que du bon sens.

La rééducation alimentaire. C’est là qu’intervient la rééducation alimentaire. Un moyen idéal pour reprendre le contrôle de votre corps. Il s’agit de se concentrer sur la qualité des apports nutritionnels qui assurent vos fonctions vitales. Sevré de ce qui l’encombre au quotidien, votre corps ne se sera jamais aussi bien porté.

Le but est d’établir un fond nutritionnel sain, adapté à vos besoins et votre rythme de vie. Pas de privation, pas de frustration. Si l’on allie une alimentation rééduquée aux bienfaits du sport, les résultats s’inscriront dans la durée. Rien ne sert de tout modifier. Se concentrer sur de bons aliments, prendre de bonnes habitudes. Voilà la clé.

* Soyez à l’écoute de votre corps et des messages de faim et de satiété qu’il vous envoie. Manger en pleine conscience implique de prendre son temps et de savourer chaque bouchée.

* Il faut environ 20 minutes pour que votre estomac envoie le message de satiété à votre cerveau. Si vous mangez vite, ce message n’aura pas le temps d’atteindre votre cerveau et vous continuerez de manger même si vous n’avez plus faim. Ce qui rendra votre digestion lourde et difficile.

* Le plaisir de manger est un facteur essentiel pour une bonne digestion, mais ce plaisir doit être accompagné en conscience de la qualité de ce que nous ingérons : “Nous sommes ce que nous mangeons”.

* Cuisinez “maison” et oubliez les préparations industrielles toxiques, trop grasses ou trop sucrées.

* Optez le plus souvent possible pour une alimentation biologique, et des modes de cuisson doux, à la vapeur ou au wok.

* Adoptez le cru, les fruits et les légumes de saison sont détoxifiants et riches en antioxydants. Ils apportent des fibres qui favorisent un bon transit et une bonne élimination des toxines.

* Ne succombez pas à la tentation, halte aux grignotages mais oui aux collations saines si vous avez faim. Prenez 5 petits repas par jour et à heures régulières.

* Prenez vos repas dans une atmosphère agréable et sereine. Mettez de la couleur dans votre assiette, décorez votre table, coupez votre téléphone et ne restez pas devant votre petit écran en mangeant.

Se concentrer sur de bons aliments, prendre de bonnes habitudes. Voilà la clé d’un rééquilibrage alimentaire réussi. La minceur n’est pas seulement une question de système digestif, de métabolisme alimentaire et de choix nutritionnels. Certes, cela intervient. Mais le contrôle du poids implique aussi le système nerveux, le mental et les émotions. C’est sur tous ces facteurs qu’il faut agir, en même temps, pour rétablir l’équilibre pondéral.


dimanche 6 août 2017

L'Optogénétique – La Nouvelle Révolution de l'Étude du Cerveau


L'optogénétique agit comme un interrupteur marche/arrêt pour activer et inactiver des neurones


Depuis leur essor dans les années 1990, les différentes techniques d'imagerie cérébrale  qu'il s'agisse de l'imagerie par résonance magnétique (IRM), de la tomographie par émission de positrons (TEP) ou de l'électroencéphalographie (EEG), plus ancienne  ont permis aux chercheurs d'en apprendre énormément sur le fonctionnement du cerveau.

Mais la neuro-imagerie, comme toute méthode d'investigation, a aussi ses limites. Et depuis quelques années, c'est une nouvelle technique, encore plus sophistiquée, qui attire de plus en plus l'attention des explorateurs du cerveau.

Il y a une dizaine d’années, des neuro-scientifiques ont cherché à utiliser des protéines sensibles à la lumière pour les introduire dans les neurones de rongeurs, afin de contrôler l’activité électrique des neurones par impulsions lumineuses : l’optogénétique était née. Par cette approche, on peut désormais activer et inhiber à volonté des neurones spécifiques, en observer les conséquences sur le fonctionnement cérébral, et sur le comportement des individus.

Cette technique révolutionnaire permet d’allumer et d’éteindre avec de la lumière des populations de neurones génétiquement modifiés, permettant ainsi non seulement d’étudier le fonctionnement des circuits neuronaux mais également de développer de nouvelles approches thérapeutiques pour les troubles neurologiques et psychiatriques. Elle permet de stimuler spécifiquement un type cellulaire en laissant les cellules voisines intactes.

L’optogénétique est une combinaison entre optique et génie génétique. Elle est née avec la découverte de la channelrhodopsine  une protéine issue d’une algue unicellulaire. Cette protéine est sensible à la lumière et possède la propriété d'être activée par la lumière bleue. L’idée est de l’introduire dans les neurones, apportée par une fibre optique, pour qu’elle crée un courant électrique au travers de la membrane cellulaire. Ainsi, il serait possible de contrôler son activité en excitant ou en inhibant les cellules via un faisceau lumineux.

La caractéristique de l'optogénétique est l'introduction de canaux rapidement activés par la lumière et d'enzymes qui permettent une manipulation des évènements électriques et biochimiques très précise dans le temps.

Là réside la vraie révolution de l'optogénétique. Les méthodes d'imagerie dévoilent le fonctionnement du cerveau à l'échelle macroscopique, celle des grandes régions cérébrales. L'optogénétique le fait à une échelle intermédiaire, mésoscopique, correspondant à des assemblées de quelques centaines, voire quelques dizaines de neurones seulement.

En insérant un ou plusieurs gènes d’opsine dans certains neurones chez les souris, les biologistes sont maintenant en mesure d’utiliser la lumière visible pour activer ou désactiver des neurones spécifiques à leur volonté. Au fil des années, les scientifiques ont adapté les versions de ces protéines qui répondent aux différentes couleurs, allant du rouge foncé, au vert, au jaune, au bleu. En mettant différents gènes dans des cellules différentes, ils utilisent des impulsions de lumière multicolores pour activer un neurone, puis plusieurs de leurs voisins dans une séquence de temps précis.


Un cerveau génétiquement modifié


A terme, les spécialistes de l'optogénétique espèrent que cette technique, en plus d'affiner notre connaissance du cerveau sain, permettra de mieux guérir le cerveau malade.

Parmi les neurones, certains, dits dopaminergiques  ils libèrent de la dopamine  sont ceux qui dégénèrent dans la maladie de Parkinson ; d'autres, dits cholinergiques  ils libèrent de l'acétylcholine  sont importants pour l'attention et la mémoire et sont les premiers à s'étioler dans la maladie d'Alzheimer ; d'autres dits sérotoninergiques  ils libèrent de la sérotonine  jouent un rôle clef dans le sommeil et ses troubles.

Avec les méthodes du génie génétique utilisées dans l'optogénétique, il est tout à fait possible de cibler, parmi les 100 milliards de neurones, l'une ou l'autre de ces populations spécifiques. Par exemple, les seuls neurones dopaminergiques, relativement peu nombreux. Et de les sur-activer artificiellement au moyen de flashs lumineux, pour augmenter leur production de dopamine et réduire ainsi les symptômes de la maladie Parkinson.


La channelrhodopsine-2 (ChR2) : l’ingrédient clé de l’optogénétique


La ChR2 est une protéine découverte, par des chercheurs allemands en 2003, dans une algue unicellulaire répondant au nom de Chlamydomonas reinhardtii. Elle ressemble beaucoup au canal sodium, puisqu’elle s’insère dans la membrane des cellules et peut laisser passer des ions. Mais sa particularité, c’est que son ouverture est commandée par la lumière.

Quand la protéine ChR2 reçoit la lumière bleue, elle change de forme et donne naissance à un petit trou d’environ 6 Angström, suffisant pour laisser passer les ions à l’intérieur de la membrane. Ceci "active" le neurone produisant de nombreux potentiels d'action.

Les biologistes Ed Boyden et Karl Deisseroth ont eu l’idée qui est à la base de l’optogénétique : si la ChR2 se comporte comme un canal répondant à la lumière, on peut l’utiliser pour faire décharger des neurones à la demande. L’expérience fondatrice a ensuite eu lieu en 2005 à l’université de Stanford.

De nombreux progrès ont été faits, notamment pour créer artificiellement d’autres protéines similaires à la ChR2, mais agissant de manière différente, par exemple en jouant le rôle d’inhibiteur au lieu d’activateur, en réagissant à des couleurs différentes ou avec des temps de réponse modifiés.

L’avancée la plus importante a été son application dans les sous-groupes de neurones. L’optogénétique peut être utilisée pour activer ou désactiver une zone du cerveau et identifier son rôle dans le comportement, mais aussi cibler des types spécifiques de neurones dans une même région du cerveau.

Au fil des années, la modification par génie génétique des protéines existantes, ainsi que la découverte d’autres protéines sensibles à la lumière, ont permis aux chercheurs d’avoir accès à toute une panoplie d’outils pour contrôler l’activation des neurones.


Fonctionnement



Étapes pour l'application de l'optogénétique sur l'étude du cerveau

Le fonctionnement de l’optogénétique repose principalement sur l’insertion, au niveau cérébral, des gènes codant pour une protéine photo-active habituellement d'origine bactérienne appelée opsine.

Le gène d'une micro-algue servant à synthétiser de l'opsine, une protéine photosensible, est isolé et modifié en laboratoire.

Ce gène est couplé avec un promoteur, petit fragment d'ADN qui permet d'en limiter l'activation à un certain type de neurone; en fonction du promoteur choisi, on cible une population spécifique de neurones.

L'ensemble est inséré dans un virus désactivé qui, une fois injecté dans le cerveau du cobaye, servira de vecteur à l'intérieur de celui-ci.

L'optogénétique permet de contrôler une souris à distance, grâce à une fibre optique émettant de la lumière directement dans son cerveau


Une fibre optique introduite dans le cerveau envoie un flash lumineux qui fait réagir les neurones ciblés ayant fabriqué l'opsine à l'aide du gène.

Il existe différentes opsines réagissant à des lumières de différentes couleurs; certaines d'entre elles activent le neurone, d'autres l'inhibent.

Cette technique a des implications réelles d’une grande importance pour le traitement de certaines maladies incurables aujourd'hui encore incluent :


* Elle a servi pour contrôler les crises d’épilepsie chez des modèles animaux expérimentaux.

* En manipulant des neurones dopaminergiques qui font partie du circuit de la récompense du cerveau, cela a été en mesure d’améliorer ou de prévenir la dépendance à la cocaïne ou de traiter les animaux de la maladie de Parkinson.

* Le contrôle neuronal du sommeil et de l’éveil a pu être manipulé à volonté. L’activation optogénétique de certains neurones appelés hypocretins interrompt le sommeil d’un animal profondément endormi, tandis que l’inhibition optogénétique de ces neurones entraîne un état immédiat de sommeil profond chez les animaux qui étaient éveillés au moment d’appliquer le stimulus lumineux. Ces constatations ont jeté les bases pour développer des médicaments qui modulent le sommeil et pour le traitement des troubles tels que la narcolepsie.

* Avec l’aide des méthodes optogénétiques, un groupe de neurones dans l’hypothalamus a été activé sélectivement. L’activation seule de ces neurones a été suffisante pour induire l’appétit, même chez des animaux rassasiés et sans entrainement préalable, démontrant qu’un comportement compliqué tel que l’alimentation peut être contrôlé optogénétiquement. En revanche, l’activation d’un autre groupe de neurones, situé dans la même région du cerveau, réduit l’appétit et entraîne une perte de poids en moins de 24 heures, ce qui pourrait être utilisé comme un traitement futur pour les patients souffrant d’obésité.

* Si il y a une arythmie cardiaque, le cœur pompe à nouveau le sang au rythme de la lumière. En fait, le premier stimulateur cardiaque axé sur l’optogénétique a été développé.

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L’optogénétique permet récupérer la mémoire perdue


Des chercheurs du Centre de recherche sur l'apprentissage et la mémoire du Massachusetts Institute of Technology (MIT), selon une étude publiée dans la revue Science en mai 2015, sont parvenus à réactiver la mémoire perdue de rongeurs grâce à la lumière bleue.

 Les chercheurs supputaient l'existence dans le cerveau d'un réseau de neurones qui, activés pendant la formation d'un souvenir, entraînent des changements physiques ou chimiques appelés engrammes. Si ces groupes de neurones  appelés engrammes par extension  sont ensuite réactivés par une image, une odeur ou une saveur, toute la mémoire enregistrée devrait revenir. Pour démontrer l'existence de ces groupes de neurones engrammes, les scientifiques ont utilisé l'optogénétique chez des souris : technique consistant à ajouter des protéines aux neurones pour leur permettre d'être activés par la lumière.

Expérience optogénétique
réalisée avec des souris
Les spécialistes supposent que ces neurones subissent des modifications chimiques selon un processus appelé "la consolidation de la mémoire". Un des changements clé consiste au renforcement des synapses, ces structures qui permettent à des groupes de neurones de se transmettre des messages. Pour éprouver ce fonctionnement théorique, les chercheurs du MIT ont tenté de voir ce qui se passerait si cette consolidation des synapses ne se produisait pas. Ainsi, ils ont administré à des souris une substance chimique, l'anisomycine, qui bloque la synthèse de protéines dans les neurones immédiatement après la formation d'un nouveau souvenir, empêchant cette consolidation.

Concrètement, un premier groupe de rongeurs avait été placé dans une cage dite "A" où il avait reçu une décharge électrique dans les pattes. Placées ultérieurement dans cette même cage, les souris non traitées ont aussitôt montré leur frayeur indiquant qu'elles se souvenaient de cette expérience traumatisante. En revanche, les autres, auxquelles on avait administré de l'anisomycine, empêchant la consolidation de la mémoire, étaient de toute évidence sans souvenir et sont restées sans réaction. Par la suite, les chercheurs ont réactivé le processus de consolidation des synapses par des impulsions lumineuses chez ces souris amnésiques, lesquelles ont alors recouvré totalement la mémoire de la décharge électrique. Et même placées dans une autre cage, elles étaient paralysées de peur.

Cette recherche a permis de dissocier les mécanismes de stockage de la mémoire de ceux permettant de la former et de la récupérer. Cela montre que dans certaines formes d'amnésie la mémoire du passé n'a peut-être pas été effacée, mais est simplement "inaccessible". Ces travaux fournissent un éclairage surprenant sur la nature de la mémoire et vont stimuler de futures recherches sur la biologie de la mémoire et de sa restauration clinique.

Une expérience qui apporte un nouvel éclairage sur le mécanisme biologique de l'amnésie et ouvre potentiellement la voie à des traitements. Cette recherche fait avancer la compréhension sur la nature de l'amnésie.


Le calcium révèle les connexions entre les neurones


Des chercheurs de l'University College of London (UCL) ont mis au point une étude publiée dans Nature Methods en décembre 2016, sur le stockage et la manipulation de l'activité cérébrale qui détermine quels neurones contribuent à une fonction particulière.

Leur expérience, combinant l’optogénétique avec une autre méthode de pointe neurotechnologique : le calcium imaging, qui détecte l'activation neuronale en augmentant la concentration de calcium lorsque l'influx nerveux commence. L'équipe a utilisé un modulateur spatial qui divise la lumière en un hologramme composé de petits faisceaux, par exemple, pour activer simultanément six neurones impliqués dans la formation d'un visage souriant.


Applications cliniques de l’optogénétique

Outil de laboratoire pour étudier les circuits cérébraux, son application s’est aujourd’hui étendue à nombre de domaines.

Bien que l’optogénétique soit fondamentalement utilisée sur des souris, on peut faire un transfert à un niveau de basique : les souris ont beaucoup des structures cérébrales semblable aux humaines, bien que chez l’homme le cerveau soit agrandi et soit plus complexe.


Les expériences optogénétiques se sont multipliées à l’aide de protéines microbiennes pour contrôler les mouvements des petits organismes tels que les mouches des fruits ou des nématodes. Le degré d’amélioration a été insolite depuis lors. En bref, l’optogénétique peut être utilisé contre la cécité, pour essayer de récupérer une partie de la perte de la vision due à des lésions de la rétine. Son application pourrait également se substituer à des stimulateurs cérébraux pour la maladie de Parkinson, perfectionner de nouvelles prothèses à une perte auditive, révéler, avec plus de précision, le mécanisme responsable de sommeil paradoxal et atténuer la dépendance à la cocaïne.

L’optogénétique ouvre une formidable fenêtre sur les circuits de neurones qui gouvernent des fonctions-clés. Elle permet de comprendre les relations entre les émotions primaires et leurs sub­strats anatomiques et cellulaires. Les émotions positives et négatives apparaissent gérées et stockées dans des circuits très chevauchants.

L’optogénétique est utilisée dans le domaine de la robotique. Des chercheurs de l’université Harvard ont mis au point en juillet 2015 un raybot, mi-robot mi-organisme vivant, dont la trajectoire et la mise en mouvement sont contrôlées par l’optogénétique. Constitué d’un corps en élastomère, d’un squelette en or capable de stocker l’énergie élastique, l’organisme est recouvert de cellules vivantes de cœur de rats génétiquement modifiées pour être photosensibles. Exposés à la lumière, les cardiomyocytes se contractent et les nageoires s’actionnent. Chaque nageoire est réglée par rapport à un modèle lumineux spécifique, ce qui permet au robot de tourner. Cette nouvelle technologie laisse présager plusieurs retombées positives, notamment dans l’ingénierie des tissus. Apprendre à structurer et contrôler les cellules du cœur pourrait amener à la création de cœurs artificiels pour la transplantation.

Il serait possible de rendre des neurones humains photosensibles notamment en utilisant un vecteur viral inoffensif conçu pour leur transmettre temporairement les opsines.

Les premiers essais cliniques ont été lancés


L’optogénétique pour les thérapies humaines est dans les premiers stades de son développement. Depuis la publication de premiers travaux sur l’optogénétique au milieu de la dernière décennie, certains chercheurs ont émis l’hypothèse de l’aide de l’optogénétique chez les patients, en imaginant par exemple la possibilité d’un interrupteur pour contrôler la dépression.

Actuellement l’optogénétique n’est pas suffisamment développée pour être utilisée dans le cerveau des gens, car la technique nécessite l’insertion d’un câble à fibre optique pour apporter la lumière dans le cerveau, une méthode qui avant d’être appliquée à l’être humain doit garantir sa sécurité.

Cellules du cœur
contrôlées par la lumière
La technique impliquerait de soumettre les patients à des procédures médicales très envahissantes, telles que l’ingénierie génétique pour insérer les commutateurs moléculaires dans les neurones et visser une fibre optique dans le cerveau pour activer ces commutateurs.

Maintenant, les essais cliniques pourraient être possibles pour la première fois en raison des progrès technologiques significatifs. L'implant électroluminescent peut être remplacé par un patch, ce qui élimine le besoin de chirurgie invasive. Et bien que les virus aient facilité la manipulation génétique chez les humains, ce n'est pas encore parfait. Bientôt, de nouveaux outils de modification génétique comme CRISPR (des familles de séquences répétées dans l'ADN) pourraient constituer la solution la plus convenable à ce jour, mais seulement si les fonctionnaires relâchent les réglementations entourant l'utilisation du CRISPR sur les humains.

En novembre 2015, Circuit Therapeutics a annoncé qu'il avait reçu un contrat de DARPA pour utiliser l'optogénétique pour traiter la douleur chronique. Les traitements pour cette condition seront probablement les premiers à être testés dans les essais cliniques. Si les expériences vont bien, le traitement pourrait être disponible dans une décennie, ouvrant la porte à l'optogénèse pour être utilisée dans des traitements cliniques pour un certain nombre d'autres conditions.

Le but est, explique le biochimiste et médecin Karl Diesseroth, commencer les autres essais pour certaines formes de douleur superficielle causée par le système périphérique, tels que la douleur causée par le diabète ou des douleurs post chirurgicales, ou des douleurs causées par des troubles intestinaux ou du mouvement.

On peut commencer des essais cliniques avec l’optogénétique pour traiter la douleur chronique, car la thérapie serait moins invasive que celles nécessitant l’implantation d’électrodes dans le cerveau. Les neurones touchés par une douleur chronique sont relativement accessibles, car ils résident au sein et à l’extérieur de la moelle épinière et sont plus faciles à manipuler que le cerveau. On peut même agir sur les terminaisons nerveuses de la peau, qui sont encore plus faciles à atteindre.

Le principal défi de thérapies optogénétiques est comment insérer des gènes qui produisent les canaux d’opsine dans les neurones humains adultes.

Le deuxième obstacle est  comment éclairer les neurones qui transportent les canaux opsine, d’une manière à allumer ou éteindre le circuit cérébral désiré. Apporter la lumière directement au cerveau chez l’être humain nécessiterait une intervention chirurgicale majeure, mais traiter les neurones périphériques qui transmettent la douleur serait beaucoup moins invasif. Bien que les neurones à l’extérieur du cerveau, soient plus accessibles, ils sont également difficiles à activer avec la lumière, car un dispositif émetteur rigide pourrait endommager le délicat tissu nerveux.

Première thérapie optogénétique pour traiter la cécité


Des neurochirurgiens du centre RetroSense Therapeutics au Michigan, utilisent pour la première fois chez l’homme, en février 2016, une nouvelle technique optogénétique pour traiter la maladie génétique de l’œil  la rétinite pigmentaire  entraînant la mort des cellules de l’œil.

Pour l’essai clinique 15 patients atteints de rétinite pigmentaire ont été recrutés. Dans cette maladie, les cellules sensibles à la lumière de la rétine meurent progressivement.

La thérapie va permettre de créer certaines cellules nerveuses dans l’œil. Ces cellules, appelées ganglions, sont sensibles à la lumière. L’œil reçoit des injections de virus qui transportent de l’ADN sensible à la lumière qui provient d’algues. Si le processus fonctionne, alors les cellules vont faire exactement la même chose que des cones et des bâtonnets d’une rétine en bonne santé, à savoir, déclencher un signal électrique réagissant à la lumière ce qui permet de restaurer une partie de la vue.

Mais la vision, basée sur des ganglions sensibles à la lumière, est différente d’une rétine saine. À l’extérieur, la lumière pourrait être 10.000 fois plus brillante qu’à l’intérieur. Des rétines saines s’adaptent automatiquement, mais les cellules issues de la thérapie génique ne sont pas capables de le faire. Pour cette raison, la thérapie devra s’accompagner d’une sorte de lunettes à vidéo projection qui vont ajuster cette différence de luminosité.


Prix de la Fondation BBVA Frontiers of Knowledge : aux promoteurs de l’optogénétique


Le prix de La Fondation BBVA Frontières de la connaissance en Biomédecine a été attribuée pour sa huitième édition aux neuroscientifiques Edward Boyden, Karl Deisseroth et Gero Miesenböck, qui ont développé et perfectionné la technique qui utilise la lumière pour activer ou désactiver les protéines dans les neurones et ainsi contrôler son fonctionnement avec une précision sans précédent.

Edward Boyden-Karl Deisseroth et Gero Miesenbök
Les lauréats ont mis en évidence comment la meilleure compréhension des circuits neuronaux impliqués dans la maladie permettra développer des médicaments beaucoup plus spécifiques que les actuels  des composés agissant directement et spécifiquement sur ces circuits , puisque le degré de précision dans le traitement des maladies mentales ou neurologiques est très supérieur à celui d’aujourd'hui.

Depuis le développement de cette technique des milliers de chercheurs ont commencé à utiliser l’optogénétique pour la recherche sur des fonctions comme le sommeil, l'appétit, la prise de décision, la perception du temps ou la formation de souvenirs et de comprendre les mécanismes des maladies telles que l'épilepsie, la maladie de Parkinson, la dépression et même certaines formes de cécité.

Il a été aussi reconnu aux trois primés leur capacité à faire connaître et déployer cette technique pou que les scientifiques du monde entier puisent y accéder et l’utiliser dans leurs recherches.

Ils ont publié leurs travaux en 2005. Depuis, la technologie a continué de se perfectionner, par exemple avec des protéines qui réagissent à des rythmes différents et à différents types de lumière, ce qui élargit l'éventail des fonctions cérébrales qui peuvent être étudiés.

En 2013, le prestigieux Brain Prize a été attribué aux six inventeurs de l’optogénétique, Ernst Bamberg, Edward Boyden, Karl Deisseroth, Peter Hegemann, Gero Miesenböck et Georg Nagel, pour l’invention et le développement de l’optogénétique.


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Le cerveau humain est notre organe le plus complexe : 100 milliards de neurones, formant entre eux un milliard de connexions, le tout se concentrant dans un volume moyen de 1.400 cm3. Trouver un mécanisme par lequel nous pouvons accéder et “contrôler” son fonctionnement ouvre des possibilités infinies, non seulement pour le traitement des maladies, mais aussi pour des champs infinis liés à notre mémoire individuelle et collective, notre psyché en général.

Les appareils d'imagerie ne permettent pas de descendre en deçà d'un certain niveau de détails. Spatialement, leur résolution est de l'ordre du millimètre cube, volume suffisamment grand pour que s'y agglutinent des dizaines de milliers de cellules nerveuses de tous types. Il n'en va pas de même avec l'optogénétique. Celle-ci a pour grand avantage de permettre aux neuroscientifiques de ne marquer que certains neurones et pas les autres, ce ciblage se faisant grâce à ce que les généticiens appellent un promoteur.


Bien qu'elle n'ait émergé qu'au milieu des années 2000, l'optogénétique a déjà profondément renouvelé le paysage des neurosciences. Mouches à vinaigre, souris et poissons-zèbres ont été désignés volontaires, avec des résultats étonnants.

C’est une technique qui reste pour l’instant très invasive. En effet, son application nécessite des approches de thérapie génique qui consistent à modifier des neurones en injectant un virus codant pour la channelrhodopsine dans l’aire cérébrale ciblée.

Par ailleurs, cette technique nécessite l’implantation d’une fibre optique dans le cerveau pour illuminer et activer les neurones modifiés dans l’aire cérébrale ciblée, ce qui reste à ce jour difficile, notamment pour les aires cérébrales profondes.

Outre les perspectives de retombées positives dans le traitement de maladies neurologiques et de création d’organes artificiels, l’optogénétique, comme les autres modificateurs neuronaux, ouvre tout une série de questions éthiques liées au contrôle et à la modification de la mémoire, des souvenirs.

Le potentiel de cette technique est tel que permet non seulement de comprendre la personnalité et les émotions, mais aussi de trouver l’origine de l’agressivité et à promouvoir des traitements spécifiques pour différentes maladies mentales.