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Comment les changements de durée de la journée modifient le cerveau

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SNG Graphic, Institut National des Sciences Médicales Générales

image : 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.
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Crédit : Institut national des sciences médicales générales

Les changements saisonniers de 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, PhD, professeur agrégé au Département de psychiatrie de l’UC San Diego School of Medicine et membre du Centre de biologie circadienne à 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.

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 Porcu, PhD, 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.

Les co-auteurs incluent : Anna Nilsson, Sathwik Booreddy, Samuel A. Barnes et David K. Welsh, tous à UC San Diego.

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