Des chercheurs ont réussi à déterminer la façon dont l'activité neuronale stimule le flux sanguin vers le cerveau. Cette découverte promet d'améliorer notre compréhension des diverses techniques d'imagerie cérébrale qui se servent du flux sanguin dans le cerveau comme «mandataire» de l'activité neuronale. Elle pourrait également apporter plus d'informations sur les répercussions de l'altération du flux sanguin vers le cerveau, comme c'est le cas dans les maladies neurodégénératives comme l’Alzheimer.

Les travaux sont publiés dans la dernière édition de la revue Neuron.

Le cerveau constitue 5 % de notre masse corporelle totale. Cependant, il consomme à lui seul 20 % de l'oxygène de notre corps. Contrairement aux muscles et aux autres tissus, le cerveau ne possède pas de réserves d'énergie internes. Il puise son oxygène et son énergie directement dans le sang. Ainsi, lorsqu'une zone du cerveau est active, le flux sanguin vers cette zone augmente de façon à fournir la quantité d'oxygène et l'énergie nécessaires au bon fonctionnement de cette activité.

Les techniques d'imagerie cérébrale, telle que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), bénéficient de cette relation étroite entre le flux sanguin et l'activité cérébrale. Toutefois, ces mécanismes permettant au cerveau de réguler ce lien sont jusqu'à présent restés obscurs.

«Si vous observez une image cérébrale prise par IRMf, vous pourrez voir les évolutions du flux sanguin et d'oxygénation», explique le professeur Venkatesh N. Murthy, de l'université Harvard, coauteur de l'étude. «Cependant, grâce à l'étroite relation entre l'activité neuronale et le flux sanguin, nous pouvons utiliser les fluctuations de flux sanguin en tant que substitut de l'activité cérébrale. En comprenant mieux la manière exacte dont l'activité cérébrale stimule le flux sanguin, nous devrions parvenir à mieux analyser ce processus dans l'ordre inverse, ce que nous faisons lorsque nous interprétons des images IRMf.»

Dans ces travaux récents, les neuroscientifiques ont étudié sur des souris de laboratoires une partie du cerveau appelée «bulbe olfactif», qui traite les informations olfactives telles que les odeurs et les senteurs. «Lorsqu'une souris est en contact avec une odeur, de petits locus dans le bulbe sont activés, ce qui provoque une augmentation du flux sanguin dans ces derniers», commente le professeur Murthy. «Nous avons effectué nos mesures grâce à un microscope optique perfectionné qui détermine le nombre et la vitesse à laquelle les globules rouges passent au travers des capillaires dans cette région.»

Les scientifiques ont découvert que les cellules appelées astrocytes sont les intermédiaires et sont chargées d'assurer que le flux sanguin vers les différentes zones du cerveau corresponde au niveau d'activité.

Lorsqu'une zone du cerveau devient active, elle libère des molécules que l'on appelle neurotransmetteurs. Lorsque ces derniers sont détectés par les astrocytes, ils provoquent une dilatation des vaisseaux sanguins, augmentant ainsi le flux sanguin vers cette partie du cerveau. Selon les chercheurs, de nombreuses voies de signalisation moléculaires sont impliquées dans ce processus.

En plus d'apporter un supplément d'informations sur les techniques d'imagerie cérébrale, ces résultats se sont révélés très utiles pour les chercheurs participant à l'étude des maladies neurodégénératives comme l’Alzheimer ou les problèmes liés au cerveau vieillissant. Ces recherches montrent qu'à mesure que les êtres humains vieillissent ou développent des maladies neurodégénératives, la capacité du cerveau à ajuster le flux sanguin sur les niveaux d'activité peut être altérée. Toutefois, les scientifiques ne savent toujours pas si ces facteurs sont à l'origine de certains symptômes du déclin cognitif.

La prochaine étape pour les scientifiques consistera à déterminer si les résultats de cette étude sur le bulbe olfactif s'appliquent également à l'ensemble du cerveau.

Pour de plus amples informations, consulter :

La Revue Neuron

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