Frontières pour jeunes esprits

Nous savons que le cerveau humain est la structure la plus complexe. Il compte environ 80 milliards de cellules nerveuses, appelées neurones. Quatre-vingts milliards (80 000 000 000) ! Cela représente plus de 10 fois plus de neurones que le nombre de personnes vivant sur Terre. Les neurones communiquent entre eux à l’aide de substances chimiques spéciales appelées neurotransmetteurs. Les neurotransmetteurs sont comme des mots chimiques qui envoient des « messages » d’un neurone à un autre. Il existe de nombreuses sortes de neurotransmetteurs : certains stimulent les neurones, les rendant plus actifs, d’autres les inhibent, les rendant moins actifs. Les neurones contrôlent littéralement tout ce que vous faites.

Les neurones sont les blocs de construction de votre cerveau

Les neurones se présentent sous de nombreuses formes et tailles, mais il est utile de penser à un neurone comme à un arbre. Un neurone a trois parties principales, le corps cellulaire, un axone et les dendrites (figure 1). Le tronc de l’arbre (corps cellulaire) stocke l’information génétique (ADN) dans un compartiment appelé noyau. Le corps cellulaire contient également la machinerie chimique pour produire les neurotransmetteurs que le neurone utilise pour communiquer entre eux.

Les branches de l’arbre (dendrite, le mot déndron vient de la langue grecque et signifie en fait « arbre ») sont les parties du neurone qui reçoivent les signaux. On pensait autrefois que les dendrites étaient comme des antennes, ne faisant que recevoir des signaux d’autres neurones, mais, comme je l’explique, elles peuvent faire plus que cela.

La racine de l’arbre (axone) est la structure utilisée par un neurone pour se connecter et parler à un autre neurone. Un axone transporte des informations de manière similaire à un câble qui transporte de l’électricité. Lorsqu’un neurone veut partager un message avec un autre, il envoie une impulsion électrique, appelée potentiel d’action, le long de son axone jusqu’à ce qu’il atteigne la borne axonale, à l’extrémité de l’axone. Imaginez le terminal de l’axone comme un terminal d’aéroport. Un terminal d’aéroport est rempli de passagers qui attendent de partir, alors qu’un terminal d’axone est rempli de neurotransmetteurs qui attendent de voyager vers le neurone suivant.

Quelles sont les différences entre la transmission avec et sans fil ?

Lorsque le potentiel d’action atteint le terminal d’axone, certains des neurotransmetteurs dans le terminal sont déversés dans un minuscule espace entre le terminal et la dendrite d’un autre neurone. Cet espace est appelé synapse – il est si petit qu’il est mesuré en nanomètres ou milliardièmes de mètre. Le neurotransmetteur traverse la synapse et se lie à un site spécialisé, appelé récepteur, de l’autre côté. Chaque neurotransmetteur ne se lie qu’à son récepteur spécifique, tout comme une clé ne s’adapte qu’à une serrure particulière. Selon le neurotransmetteur, il stimule ou inhibe l’autre neurone, le rendant plus ou moins susceptible de déclencher un potentiel d’action. Tout cela se produit avec une très grande précision et est répété encore et encore. Comme le signal est transmis à très grande vitesse d’un neurone à l’autre (jusqu’à 100 m/s ou 223 mph ; plus vite que le mammifère terrestre le plus rapide, le guépard, qui peut accélérer à une vitesse de 29 m/s ou 64 mph), ce type de communication entre les neurones est parfois appelé « transmission câblée ». Les neurotransmetteurs transmettent des « secrets chuchotés » directement d’un neurone à l’autre ; ils transportent un message qui n’a d’importance qu’à un moment et un endroit précis. Une façon de concevoir la « transmission câblée » est de penser à un interrupteur, qui allume ou éteint une ampoule particulière.

Certains neurotransmetteurs, en particulier un type appelé neuropeptides, sont différents. Les neuropeptides sont libérés par de nombreuses parties d’un neurone, y compris les dendrites. Au lieu d’être libérés dans la minuscule synapse entre un terminal d’axone et un autre neurone, ils sont libérés dans le fluide qui remplit les espaces entre les neurones, et ils diffusent dans le cerveau pour atteindre des récepteurs situés sur des cibles éloignées. Une façon de penser à la diffusion est d’envisager de se frayer un chemin dans une forêt (figure 2). Aller d’un point à un autre lorsqu’il n’y a pas d’arbres est très simple et rapide. Dès qu’il y a beaucoup d’arbres, aller d’un point à un autre prend beaucoup plus de temps, car il faut contourner les arbres. Ce type de signalisation est donc beaucoup plus lent que la signalisation au niveau des synapses, mais les neuropeptides finissent par atteindre la plupart des parties du cerveau. Cependant, seules les zones du cerveau qui possèdent les bons récepteurs peuvent répondre aux neuropeptides. Ainsi, la libération de neuropeptides par les dendrites, comme le Wi-Fi, est un signal sans fil – ces messages sont des « annonces publiques » qui ne sont pas envoyées d’une cellule à une autre, mais d’un groupe de neurones à un autre groupe de neurones .

L’oxytocine et la vasopressine peuvent affecter le comportement par une signalisation « sans fil »

Laissez-moi utiliser un autre exemple. Les neuropeptides, l’ocytocine et la vasopressine, sont fabriqués par de gros neurones dans l’hypothalamus, une partie du cerveau qui joue un rôle important dans la régulation de nombreux processus physiologiques du corps. Ces gros neurones ont un axone qui va jusqu’à une glande spécialisée, l’hypophyse, qui est attachée à la partie inférieure du cerveau. De là, les neuropeptides sont libérés des terminaisons axonales directement dans le sang. L’ocytocine se déplace dans le corps et joue un rôle dans l’accouchement et l’allaitement. La vasopressine affecte la pression sanguine et régule l’équilibre hydrique de l’organisme par l’intermédiaire des reins. Mais les deux neuropeptides sont également libérés dans le cerveau, où ils contrôlent plusieurs types de comportements. Par exemple, l’ocytocine aide une mère à nouer des liens avec son enfant, et la vasopressine agit sur la mémoire et l’agressivité. Cependant, les zones du cerveau qui contrôlent ces comportements sont parfois éloignées des cellules qui fabriquent les neuropeptides. Certaines de ces zones ont les bons récepteurs mais pas d’axones et de terminaux à proximité, de sorte que la signalisation « câblée » par l’ocytocine et la vasopressine ne peut pas se produire.

L’ocytocine et la vasopressine libérées par les terminaux des axones dans le sang ne peuvent pas réintégrer le cerveau en raison d’une structure étrange appelée la barrière hémato-encéphalique. Pensez-y, lorsque vous tombez malade, vous ne voulez pas que des bactéries ou des virus envahissent votre cerveau ! La barrière hémato-encéphalique est une couche de cellules qui protège le cerveau des agents pathogènes, des toxines et des autres molécules circulant dans le sang. Elle empêche les envahisseurs de pénétrer dans le cerveau.

Cependant, l’ocytocine et la vasopressine sont également libérées par les dendrites des neurones, directement dans le cerveau. Les scientifiques ont découvert que la libération des neuropeptides par les dendrites (dans le cerveau) et par les terminaisons des axones (dans le sang) peut se produire indépendamment. La libération de la vasopressine et de l’ocytocine par les terminaisons axonales est contrôlée par des potentiels d’action, comme la libération de neurotransmetteurs déclenchée dans tous les autres neurones. Cependant, certains signaux chimiques dans le cerveau peuvent stimuler la libération de neuropeptides à partir des dendrites sans déclencher de potentiels d’action. Ces différents modes de libération permettent de réguler séparément les effets des neuropeptides dans l’organisme et dans le cerveau. Par exemple, en plus de ses effets sur le corps, comme l’accouchement et l’allaitement, l’ocytocine stimule également les actions de soins et d’attachement du cerveau de la mère. Cela permet de s’assurer que le nouveau-né reçoit tout ce dont il a un besoin urgent : de la nourriture et de l’amour (figure 3) .

Les neuropeptides sont-ils similaires aux hormones ?

La libération de neuropeptides par les dendrites des neurones est très similaire à la libération d’hormones ailleurs dans votre corps. Les hormones sont les messagers chimiques libérés par les glandes et transportés par le sang vers des cellules cibles éloignées. Les hormones peuvent donc stimuler des cellules situées très loin des glandes où elles sont produites. Il existe de nombreuses hormones différentes, et elles ont des fonctions très diverses dans l’organisme. Par exemple, la prolactine, une autre hormone libérée par l’hypophyse, se rend jusqu’au sein de la mère où elle stimule la production de lait pour l’allaitement. Ce processus de  » signalisation sans fil  » par les hormones est semblable à la signalisation par les neuropeptides dans le cerveau – les neuropeptides pourraient donc être appelés  » hormones du cerveau « .

Pourquoi est-il important de comprendre la signalisation des neurotransmetteurs ?

Certains des troubles du comportement les plus difficiles à traiter, pour lesquels de nouvelles thérapies sont nécessaires de toute urgence, affectent des comportements dans lesquels la vasopressine et l’ocytocine sont impliquées . Comme mentionné plus haut, l’ocytocine est impliquée dans l’accouchement, l’allaitement et le comportement de la mère à l’égard des soins aux enfants. Mais l’ocytocine est également importante pour que l’enfant puisse développer et maintenir des interactions complexes avec les autres. Certains enfants autistes ont souvent des difficultés à comprendre et à répondre à ces interactions, et les scientifiques essaient l’ocytocine comme traitement potentiel (si vous voulez en savoir plus à ce sujet, lisez l’article écrit par Daniel Quintana et Gail Alvares dans la bibliothèque en ligne Frontiers for Young Minds) .

Autres exemples : les troubles associés au stress et à l’anxiété, les troubles de l’alimentation, les troubles de l’abus de substances (y compris l’abus d’alcool) et les troubles du comportement sexuel. Il s’agit de problèmes de santé majeurs ayant un impact considérable sur l’homme. En comprenant mieux comment les cellules du cerveau et les neuropeptides interagissent, nous pourrions trouver des moyens de contrôler certains de ces troubles et d’améliorer la qualité de notre vie.

Glossaire

Neuron : Les cellules de votre système nerveux, appelées cellules nerveuses ou neurones, sont spécialisées pour transmettre des « messages ».

Neurotransmetteurs : Produits chimiques utilisés par les neurones pour se parler entre eux – on peut les considérer comme des  » mots chimiques « .

Neuropeptides : Un type particulier de neurotransmetteur. Ils influencent les activités du cerveau et du corps, par exemple en régulant le niveau d’énergie d’une personne.

Hypothalamus : L’hypothalamus est une région du cerveau qui régule des fonctions comme la soif, l’appétit et le sommeil.

L’hypophyse : La glande pituitaire est située dans une petite cavité osseuse à la base du cerveau. Elle est reliée à l’hypothalamus. Elle sécrète des hormones qui régulent de nombreuses activités corporelles différentes.

Les hormones : Les hormones sont des produits chimiques spéciaux que le corps fabrique pour l’aider à faire certaines choses comme grandir et passer par la puberté, qui est le moment où vous commencez à vous développer en adulte. Pendant cette période, votre corps est chargé d’hormones qui lui indiquent qu’il est temps de commencer à changer.

Autisme : De nombreux enfants autistes ont des difficultés à comprendre ce que les autres pensent et ce qu’ils ressentent. Ils pourraient agir d’une manière qui semble inhabituelle, et il peut être difficile de comprendre pourquoi ils agissent ainsi.

Déclaration de conflit d’intérêts

L’auteur déclare que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.

Reconnaissances

J’aimerais remercier mes amis et collègues de travail qui ont commenté le manuscrit, en particulier mes amis David et Gareth qui se sont assurés que j’utilisais les bons mots compréhensibles pour les enfants. Je tiens également à remercier Márta pour l’image des cellules de Purkinje.

Ludwig, M., et Stern, J. E. 2015. Modalités de signalisation multiples médiées par l’exocytose dendritique de l’ocytocine et de la vasopressine. Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 370(1672):20140182. doi:10.1098/rstb.2014.0182

Ludwig, M., et Leng, G. 2006. Libération de peptides dendritiques et comportements dépendants des peptides. Nat. Rev. Neurosci. 7:126-36. doi:10.1038/nrn1845

Neumann, I. D., et Landgraf, R. 2012. Équilibre de l’ocytocine et de la vasopressine du cerveau : implications pour l’anxiété, la dépression et les comportements sociaux. Tendances. Neurosci. 35:649-59. doi:10.1016/j.tins.2012.08.004

Quintana, D. S., et Alvares, G. A. 2016. Oxytocine : comment ce neuropeptide modifie-t-il nos comportements sociaux ? Front. Jeunes esprits 4:7. doi:10.3389/frym.2016.00007

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