Après plus de 15 ans de recherche, les scientifiques ont enfin dévoilé les secrets d’une synapse très spéciale. Enfouies profondément dans l’oreille interne, ces synapses peuvent traiter les signaux beaucoup plus rapidement que n’importe quelle autre dans le corps, mais les neuroscientifiques pourraient ne pas comprendre comment cela était possible – auparavant.
Les humains, en plus de nombreux autres animaux , comptez sur un fragile système de structures qui nous permet de flâner et de tourner la tête sans s’étourdir et basculer. C’est ce qu’on appelle le système vestibulaire – et lorsqu’il échoue, cela peut entraîner des conditions telles que des vertiges et d’autres conditions d’équilibre. Environ un Américain sur 3 âgé de plus de 40 ans est touché; le traitement peut être difficile et les patients risquent de tomber, causant des blessures supplémentaires.
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Les réflexes induits par le système vestibulaire sont les plus rapides du système nerveux. Des études de recherche antérieures ont révélé qu’il s’agissait d’un type spécial de synapse, qui peut transmettre des informations sans le retard typique de 0,5 milliseconde dont la signalisation basée sur les neurotransmetteurs a besoin.
Cette procédure ultra-rapide était appelée « transmission non quantique « . Bien que les scientifiques aient pu mettre un nom sur le phénomène, ils ne savaient toujours pas exactement comment cela fonctionnait. La toute nouvelle étude, menée par une équipe de l’Université Rice, a en fait apporté quelques réponses.
L’oreille interne contient des cellules très délicates appelées cellules ciliées. Comme son nom l’indique, des faisceaux de capteurs ressemblant à des cheveux sur ces cellules identifient les mouvements de la tête au moyen du fluide environnant. Ils transfèrent des informations aux cellules nerveuses qui se connectent directement au cerveau, fournissant des mises à jour continues afin que nous puissions rester debout et garder notre vision stable.
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Les neurones remplissent les cellules ciliées au niveau d’une structure en forme de coupe appelée calice. Comme vous pouvez le voir dans le diagramme ci-dessous, le calice entoure l’achèvement de la cellule ciliée, laissant un petit espace– la fente synaptique.
« Le calice vestibulaire est une merveille de la nature », a déclaré la co-auteure de l’étude Anna Lysakowski, de l’Université de l’Illinois à Chicago, dans un communiqué. « Sa grande structure en forme de coupe est la seule du genre dans tout le système nerveux […] Nous avons tenté de déterminer sa fonction unique pendant une longue période de temps. »
Le les auteurs ont créé une conception de système informatique pour simuler la transmission non quantique, en examinant en particulier 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 à des modifications de la capacité électrique, en suivant le flux d’ions potassium à travers les canaux de la cellule ciliée et à travers la fente.
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« Le mécanisme finit par être plutôt subtil, avec des interactions dynamiques générant des formes rapides et lentes de transmission non quantique », a déclaré l’auteur correspondant Rob Raphael.
« La capacité cruciale était la capacité de prédire le niveau de potassium et le potentiel électrique dans chaque zone de la fente », a ajouté la co-auteur Ruth Eatock, de l’Université de Chicago.
L’équipe a conclu que c’était la la forme même du calice lui-même qui rend ce type de transmission possible, et suggèrent dans leur article que « ce système de transmission électrique entre les cellules peut agir au niveau d’autres synapses ».
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Ce travail a en fait mis très longtemps à venir pour le co-auteur Imran Quraishi en sp ecifique. Maintenant professeur adjoint à l’Université de Yale, Quraishi a commencé à s’occuper d’une première variation du modèle de système informatique tout au long de ses études de recherche supérieures dans le groupe d’étude de recherche de Raphael. Au cours des années qui ont suivi, de plus en plus de preuves à l’appui de l’idée d’une transmission non quantitative ont en fait été révélées, mais le mécanisme sous-jacent était encore incertain.
« Le travail inachevé m’a pesé », a déclaré Quraishi. Heureusement, cependant, l’aide est venue de l’étudiant Aravind Govindaraju, qui a pris les rênes de la tâche en 2018.
Comme le dit Raphaël, la conclusion de tout ce travail a fourni à la science un long -attendu des réponses.
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« Depuis trente ans– étant donné que l’observation initiale de la transmission non quantique- – les scientifiques se sont demandé : « Pourquoi cette synapse est-elle si rapide ? » et, ‘La vitesse de transmission est-elle liée à la structure distincte du calice ?’ Nous avons fourni des réponses aux deux questions. »
L’article est publié dans PNAS.
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