Nouvel aperçu sur la façon dont la dynamique neuronale varie au cours d’un comportement spontané

Des études antérieures ont systématiquement lié les comportements spontanés des mammifères aux variations de l'activité des neurones du cortex cérébral, la couche externe du cerveau des mammifères. Cependant, les relations complexes entre les modèles d’activité corticale et le comportement restent mal comprises.

Des chercheurs de l’Université de Yale et de l’Université de Californie à San Diego ont récemment mené de nouvelles expériences sur des souris visant à approfondir ces liens. Leur article, publié dans Neurosciences naturellesfournit de nouvelles informations sur la manière dont les neurones du cortex de la souris représentent les informations comportementales.

“Notre laboratoire développe depuis plusieurs années des approches pour imager l'activité dans le cortex de souris éveillées et comportementales”, a déclaré à Medical Xpress Michael J. Higley, chercheur principal de l'équipe qui a réalisé l'étude. “Ces ensembles de données complexes présentent de profonds défis pour analyser et interpréter leur relation avec le comportement. Grâce à une collaboration avec Ronald Coifman du département de mathématiques de Yale, la stagiaire postdoctorale Hadas Benisty a utilisé son expertise en mathématiques et en traitement du signal pour examiner nos données d'imagerie de manière nouvelle. façons.”

L'objectif principal de l'étude récente menée par Higley et ses collègues était d'identifier les aspects des signaux neuronaux associés au comportement spontané qui sont les plus étroitement liés aux changements de comportement de l'animal en temps réel. Pour ce faire, ils ont utilisé des techniques d’imagerie optique qui permettent aux neuroscientifiques d’examiner de près l’activité de types de cellules spécifiques pendant que les animaux sont éveillés et engagés dans diverses activités.

“Normalement, nous divisons le cerveau en plusieurs zones différentes et mesurons la façon dont l'activité augmente et diminue au fil du temps dans chaque région”, a déclaré Higley. “Des études précédentes (y compris celles de notre propre laboratoire) ont examiné comment ces fluctuations de haut en bas se produisaient lors de changements mesurés dans le comportement de l'animal (comme courir sur une roue). Ici, nous avons également examiné comment les corrélations entre les “paires” de zones varié dans le temps.”

Higley et ses collègues ont découvert que ces corrélations dans l'activité neuronale entre les zones corticales, souvent connues sous le nom de connectivité fonctionnelle, ont tendance à varier rapidement au fil du temps. Cela signifie que, par exemple, la similarité entre l’activité dans une zone et une autre peut être élevée puis devenir faible en quelques centaines de millisecondes.

“Nous avons également observé, pour la première fois, que ces changements rapides dans les corrélations étaient également fortement couplés à une variation rapide du comportement de l'animal”, a déclaré Higley. “Les cellules individuelles du cerveau (neurones) sont plus fortement activées lors de la réception d'entrées synchronisées (corrélées) provenant de nombreuses régions différentes. Ainsi, la variation temporelle de ces corrélations suggère une manière distincte dont les cellules individuelles pourraient être modulées par le comportement.”

L'étude récente de Highly et de ses collègues offre une nouvelle façon de comprendre comment la dynamique neuronale varie en fonction du comportement spontané des animaux. Plus précisément, cela suggère que les cellules individuelles pourraient être davantage activées lorsque les entrées qu’elles reçoivent sont corrélées les unes aux autres, et pas simplement lorsque ces entrées sont fortes.

Dans leurs prochaines études, les chercheurs prévoient de continuer à explorer les liens complexes entre les modèles de connectivité fonctionnelle et le comportement spontané des animaux. Premièrement, ils envisagent d’essayer d’identifier les liens de causalité entre l’activité neuronale et le comportement à l’aide de méthodes de recherche avancées, telles que les techniques optogénétiques.

“En utilisant l'optogénétique, nous pouvons brièvement perturber l'activité ou les corrélations dans des zones ciblées et explorer si cette manipulation modifie le comportement de l'animal”, a ajouté Higley.

“Nous aimerions également étendre nos analyses à des comportements plus complexes, tels que les souris naviguant activement dans un environnement à la recherche d'une récompense. Enfin, nous étudions la relation entre l'activité structurée et le comportement dans des modèles génétiques de troubles neurodéveloppementaux tels que l'autisme, pour essayez de comprendre comment une perturbation génétique pourrait finalement conduire à des perturbations du comportement.

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