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Comment les changements dans la durée de la journée modifient le cerveau et le comportement ultérieur

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Sommaire: Les neurones du noyau suprachiasmatique se coordonnent pour s’adapter aux différentes longueurs de lumière du jour, changeant au niveau cellulaire et du réseau. Les neurones ont changé dans le mélange et l’expression de la dopamine, modifiant l’activité cérébrale et par la suite les comportements de routine quotidiens.

La source: UCSD

Les changements saisonniers de la lumière – des journées plus longues en été, plus courtes en hiver – sont depuis longtemps associés aux comportements humains, affectant tout, du sommeil et des habitudes alimentaires à l’activité cérébrale et hormonale.

Le trouble affectif saisonnier (TAS) en est un excellent exemple : un type de dépression lié à une exposition réduite à la lumière naturelle du soleil, survenant généralement pendant les mois d’hiver et plus souvent à des latitudes plus élevées lorsque les heures de clarté sont les plus courtes.

La luminothérapie s’est avérée être un remède efficace pour traiter le TAS, ainsi que des maladies telles que la dépression majeure non saisonnière, la dépression post-partum et le trouble bipolaire, mais comment les changements saisonniers de la durée du jour et de l’exposition à la lumière affectent et modifient le cerveau au niveau cellulaire et des circuits. gardé les scientifiques largement dans l’ignorance.

Dans une nouvelle étude, publiée le 2 septembre 2022, dans Avancées scientifiquesdes chercheurs de la faculté de médecine de l’Université de Californie à San Diego ont utilisé un modèle de souris pour éclairer un processus dans lequel les neurones affectés modifient l’expression des neurotransmetteurs en réponse à des stimuli de la durée du jour, déclenchant des changements de comportement associés.

Les travaux ont été dirigés par l’auteur principal de l’étude, Davide Dulcis, Ph.D., professeur agrégé au Département de psychiatrie de l’UC San Diego School of Medicine et membre du Center for Circadian Biology de l’UC San Diego.

Niché dans l’hypothalamus du cerveau humain se trouve une petite structure appelée le noyau suprachiasmatique (SCN), chacun composé d’environ 20 000 neurones. (Le cerveau humain moyen contient environ 86 milliards de neurones et 85 milliards de cellules non neuronales.)

Le SCN est le chronométreur du corps, régulant la plupart des rythmes circadiens – changements physiques, mentaux et comportementaux qui suivent un cycle de 24 heures et affectent tout, du métabolisme et de la température corporelle au moment où les hormones sont libérées.

Le SCN fonctionne sur la base de l’apport de cellules photosensibles spécialisées dans la rétine, qui communiquent les changements de lumière et de durée du jour à notre corps.

Dans la nouvelle étude, Dulcis et ses collègues décrivent comment les neurones SCN se coordonnent pour s’adapter à différentes longueurs de lumière du jour, changeant aux niveaux cellulaire et réseau. Plus précisément, ils ont découvert que chez les souris, dont le cerveau fonctionne de la même manière que les humains, les neurones changeaient de mélange et d’expression de neurotransmetteurs clés qui, à leur tour, altéraient l’activité cérébrale et les comportements quotidiens ultérieurs.

Dans ce schéma, la lumière du soleil signale des signaux neuronaux dans le noyau suprachiasmatique, l’horloge maîtresse du cerveau, qui à son tour coordonne les horloges biologiques régulant les fonctions dans tout le corps et les comportements qui en découlent. Crédit : Institut national des sciences médicales générales

Il a également été démontré que les changements saisonniers de l’exposition à la lumière modifient le nombre de neurones exprimant des neurotransmetteurs dans le noyau paraventriculaire (PVN), une région du cerveau qui joue un rôle essentiel dans le contrôle du stress, du métabolisme, de la croissance, de la reproduction, de l’immunité et d’autres fonctions autonomes. .

“La nouvelle découverte la plus impressionnante de cette étude est que nous avons découvert comment manipuler artificiellement l’activité de neurones SCN spécifiques et induire avec succès l’expression de la dopamine dans le réseau PVN hypothalamique”, a déclaré Dulcis.

“Nous avons révélé de nouvelles adaptations moléculaires du réseau SCN-PVN en réponse à la durée du jour dans l’ajustement de la fonction hypothalamique et du comportement quotidien”, a ajouté la première auteure Alexandra Porca, Ph.D., membre du laboratoire de Dulcis.

“La commutation de neurotransmetteurs multi-synaptiques que nous avons montrée dans cette étude pourrait fournir le lien anatomique/fonctionnel médiant les changements saisonniers d’humeur et les effets de la luminothérapie.”

Les auteurs suggèrent que leurs découvertes fournissent un nouveau mécanisme expliquant comment le cerveau s’adapte aux changements saisonniers d’exposition à la lumière. Et parce que l’adaptation se produit au sein de neurones exclusivement situés dans le SCN, ce dernier représente une cible prometteuse pour de nouveaux traitements des troubles associés aux changements saisonniers d’exposition à la lumière.

À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences

Auteur: Scott La Fée
La source: UCSD
Contact: Scott La Fee – UCSD
Image: L’image est créditée à l’Institut national des sciences médicales générales

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Recherche originale : Libre accès.
Les changements saisonniers de la durée du jour induisent une commutation de neurotransmetteurs multisynaptiques pour réguler l’activité et le comportement du réseau hypothalamique” par Alessandra Porcu et al. Avancées scientifiques


Résumé

Les changements saisonniers de la durée du jour induisent une commutation de neurotransmetteurs multisynaptiques pour réguler l’activité et le comportement du réseau hypothalamique

Les changements saisonniers de la durée du jour (photopériode) affectent de nombreuses fonctions physiologiques. L’axe noyau suprachiasmatique (SCN)-noyau paraventriculaire (PVN) joue un rôle clé dans le traitement des informations liées à la photopériode.

Des variations saisonnières de l’expression des neurotransmetteurs SCN et PVN ont été observées chez les humains et les modèles animaux. Cependant, les mécanismes moléculaires par lesquels le réseau SCN-PVN répond à la photopériode altérée sont inconnus.

Ici, nous montrons chez la souris que la neuromédine S (NMS) et les neurones du polypeptide intestinal vasoactif (VIP) dans le SCN affichent la plasticité des neurotransmetteurs induite par la photopériode.

L’enregistrement in vivo de la dynamique du calcium a révélé que les neurones NMS modifient l’activité du réseau PVN en réponse à la photopériode hivernale. La manipulation chronique des neurones NMS est suffisante pour induire la commutation des neurotransmetteurs dans les neurones PVN et affecte l’activité locomotrice.

Nos résultats révèlent des adaptations moléculaires non identifiées auparavant du réseau SCN-PVN en réponse à la saisonnalité et au rôle des neurones NMS dans l’ajustement de la fonction hypothalamique à la durée du jour via une commutation coordonnée de neurotransmetteurs multisynaptiques affectant le comportement.

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