Dans le cerveau humain, le striatum est la région responsable de la coordination des mouvements, en envoyant des instructions aux motoneurones. Ces instructions passent par deux voies : l’une pour initier le mouvement (« go ») et l’autre pour l’arrêter (« no-go »).
Des chercheurs du MIT ont récemment identifié deux voies supplémentaires dans le striatum qui semblent moduler les effets des voies « go » et « no-go ». Ces nouvelles voies se connectent aux neurones producteurs de dopamine : l’une favorise la libération de dopamine, tandis que l’autre l’inhibe.
En contrôlant la dopamine via des groupes de neurones appelés striosomes, ces voies influencent les instructions des voies « go » et « no-go ». Les chercheurs pensent qu’elles jouent un rôle crucial dans les décisions avec une forte composante émotionnelle.
« Parmi toutes les régions du striatum, seuls les striosomes se projettent vers les neurones dopaminergiques, ce qui pourrait être lié à la motivation, l’humeur et le contrôle des mouvements », explique Ann Graybiel, professeur au MIT et membre du McGovern Institute for Brain Research, ainsi qu’auteur principal de l’étude.
Iakovos Lazaridis, chercheur à l’Institut McGovern, est le principal auteur de l’article, publié aujourd’hui dans le journal Biologie actuelle.
De nouvelles voies
Graybiel a consacré une grande partie de sa carrière à l’étude du striatum, une structure cérébrale impliquée dans l’apprentissage, la prise de décision et le contrôle des mouvements.
Dans le striatum, les neurones forment une structure labyrinthique comprenant des striosomes, découverts par Graybiel dans les années 1970. Les voies classiques « go » et « no-go » proviennent des neurones entourant les striosomes, appelés matrice. Ces cellules reçoivent des informations de régions sensorielles comme le cortex visuel et auditif, puis envoient des commandes aux neurones du cortex moteur.
La fonction des striosomes, qui ne participent pas à ces voies, reste inconnue. Les chercheurs du laboratoire de Graybiel s’efforcent de résoudre ce mystère depuis des années.
Leurs recherches antérieures ont montré que les striosomes reçoivent des informations des régions cérébrales traitant les émotions. Au sein des striosomes, deux types principaux de neurones existent : D1 et D2. Dans une étude de 2015, Graybiel a découvert que les cellules D1 envoient des informations à la substance noire, le principal centre de production de dopamine.
La traçabilité des neurones D2 a pris plus de temps. Dans la nouvelle étude publiée dans Biologie actuelle, les chercheurs ont découvert que ces neurones se projettent également vers la substance noire, mais passent d’abord par un ensemble de neurones du globus pallidus, inhibant la production de dopamine. Cette voie réduit la production de dopamine et inhibe les mouvements.
Les chercheurs ont aussi confirmé que la voie issue des striosomes D1 se connecte directement à la substance noire, stimulant la libération de dopamine et initiant le mouvement.
« Dans les striosomes, nous avons trouvé une imitation probable des voies classiques go/no-go », explique Graybiel. « Elles ressemblent aux voies motrices classiques, mais se dirigent vers les cellules dopaminergiques, essentielles pour le mouvement et la motivation. »
Décisions émotionnelles
Les résultats suggèrent que le modèle classique du contrôle du mouvement par le striatum doit inclure ces nouvelles voies. Les chercheurs espèrent tester l’hypothèse selon laquelle les apports émotionnels et motivationnels influencent les niveaux de dopamine, encourageant ou décourageant l’action.
Cette libération de dopamine pourrait être cruciale pour les actions provoquant de l’anxiété ou du stress. En 2015, le laboratoire de Graybiel a montré que les striosomes jouent un rôle clé dans les décisions provoquant une anxiété élevée, notamment celles à haut risque mais potentiellement lucratives.
« Ann Graybiel et ses collègues ont découvert que le striosome inhibe les neurones dopaminergiques. Ils montrent maintenant qu’un autre type de neurone striosomal a l’effet inverse et peut signaler une récompense. Les striosomes peuvent réguler l’activité de la dopamine, ce qui est crucial pour les mouvements et l’humeur », explique Sten Grillner, professeur de neurosciences à l’Institut Karolinska en Suède, qui n’a pas participé à la recherche.
Les chercheurs envisagent aussi d’explorer si les striosomes et les cellules matricielles sont organisés en modules affectant le contrôle moteur de parties spécifiques du corps.
« La prochaine étape consiste à isoler certains de ces modules et à travailler avec des cellules du même module, qu’elles soient dans la matrice ou les striosomes, pour identifier comment les striosomes modulent la fonction de chaque module », dit Lazaridis.
Ils espèrent également étudier comment les circuits striosomaux, projetés dans la région cérébrale affectée par la maladie de Parkinson, peuvent influencer ce trouble.
La recherche a été financée par les National Institutes of Health, la Fondation Saks-Kavanaugh, la Fondation William N. et Bernice E. Bumpus, Jim et Joan Schattinger, le Centre Hock E. Tan et K. Lisa Yang pour la recherche sur l’autisme, Robert Buxton, la Fondation Simons, la Fondation CHDI et une bourse de jeune chercheur Ellen Schapiro et Gerald Axelbaum BBRF.
