Ces chercheurs de la Washington State University viennent de développer, dans une boîte de Pétri, une petite » unité » de neurones aux propriétés bien particulières. Ce petit groupe de cellules cérébrales peut être programmé pour s’endormir, se réveiller et même » veiller très tard » et récupérer. La recherche décrypte comment de petits réseaux de neurones et de cellules gliales contrôlent le processus du sommeil et apporte, dans l’European Journal of Neuroscience une meilleure compréhension des aspects génétiques, moléculaires et électriques sous-jacents aux troubles du sommeil.
Le professeur James Krueger et son étudiante Kathryn Jewett ont cultivé, durant 2 semaines, des neurones et des cellules gliales de manière à obtenir des réseaux de neurones actifs présentant les mêmes schémas de sommeil que ceux observés par EEG dans le cerveau des animaux. Ces réseaux représentent ce qu’ils appellent » la plus petite unité de sommeil » au monde.
De petits réseaux de neurones : Le Pr Krueger travaille depuis plus de 20 années sur le sommeil et avait déjà suggéré l’implication de petits réseaux de neurones et de cellules gliales. Cette nouvelle étude confirme son hypothèse et va permettre d’effectuer plus simplement des recherches sur les processus sous-jacents du sommeil, sans interférence avec des facteurs physiologiques comme la modification de la température corporelle par exemple et sans, obligatoirement les installations sophistiquées des cliniques spécialisées.
Ils dorment et se réveillent dans une boîte de Pétri : L’état normal de ces neurones en culture est comparable au sommeil, explique le chercheur.
1. L’endormissement: Pour les induire au sommeil profond, les chercheurs ajoutent le facteur de nécrose tumorale (TNF) à la boîte de Pétri, équipée également d’un réseau d’électrodes EEG. TNF contribue à réguler le sommeil chez de nombreux organismes, animaux et chez les humains et stabilise les synapses.
2. Le réveil : En appliquant une légère stimulation électrique, les chercheurs peuvent réveiller les neurones qui, durant ce laps de temps, présentent des signes EEG équivalents à l’activité de veille.
3. La régulation du sommeil : Enfin, lorsque les chercheurs prolongent la stimulation électrique, les cellules répondent par une sorte d’homéostasie par le sommeil qui se prolonge jusqu’au lendemain. » C’est un peu comme après une nuit blanche, on dort plus longtemps la nuit suivante pour rattraper son manque de sommeil « , écrivent les chercheurs.
Finalement, c’est un cycle veille-sommeil cohérent avec la façon dont le sommeil se produit dans la vraie vie, qu’obtiennent ces chercheurs à l’échelle de leur boîte de Pétri. Lorsque les cultures de neurones sont activées, elles libèrent de l’ATP (adénosine triphosphate), qui à son tour libère TNF ainsi qu’une autre hormone immunitaire, l’interleukine-1. Ensemble, ces composés déclenchent la phase de sommeil. Ces mini-réseaux vont donc permettre de mieux » caractériser » le sommeil.
Cette découverte et cette reconstitution de réseaux de neurones impliqués dans la fonction » sommeil » pourrait contraindre les scientifiques à considérer désormais le sommeil comme une propriété d’un réseau spécifique, tout comme les autres fonctions cérébrales, et non du cerveau tout entier.
Sources:
8 JUNE 2015 DOI: 10.1111/ejn.12968 Tumor necrosis factor enhances the sleep-like state and electrical stimulation induces a wake-like state in co-cultures of neurons and glia
(2) 8 MAY 2013 DOI: 10.1111/ejn.12238 Sleep: a synchrony of cell activity-driven small network states
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