Le thalamus contribue activement au câblage des circuits visuels, selon une étude chez la souris

Le thalamus est souvent décrit comme la station de relais du cerveau pour les sens, un carrefour qui recueille les signaux du monde extérieur et les transmet au cortex pour traitement. Une nouvelle étude suggère qu'au cours du développement précoce, cette structure fait bien plus que transmettre des messages : sa propre activité semble aider à construire les circuits qui transporteront plus tard l'information visuelle.

Une équipe dirigée par Guillermina López-Bendito à l'Institut des neurosciences (IN), un centre conjoint du Conseil supérieur de la recherche scientifique espagnol (CSIC) et de l'Université Miguel Hernández d'Elche (UMH), rapporte que le thalamus joue un rôle fondamental dans l'organisation des circuits visuels au fur et à mesure du développement du cerveau. Les résultats, publiés dans The Journal of Neuroscience et fondés sur des travaux chez des modèles murins, indiquent que la perturbation de l'activité thalamique remodèle des populations cellulaires clés dans le thalamus et dans le cortex visuel.

Une station de relais qui construit aussi la route

Le thalamus se situe au centre de la communication entre les organes sensoriels et le cortex cérébral. Le long de la voie visuelle, il recueille les entrées de la rétine et les transmet au cortex visuel, la région chargée d'interpréter ce que nous voyons. Cette fonction de relais est bien établie. Ce que le nouveau travail ajoute, c'est la preuve que le thalamus est aussi l'architecte du système qu'il sert.

Selon López-Bendito, qui dirige le laboratoire Développement, plasticité et reprogrammation des circuits sensoriels à l'IN CSIC-UMH, les résultats indiquent que le thalamus n'est pas simplement un conduit passif pour les signaux visuels. Au contraire, dit-elle, il prend une part active à la construction des circuits neuronaux, son activité aidant à réguler la manière dont les interneurones sont incorporés dans ces circuits et dont ils sont distribués — un processus qu'elle décrit comme essentiel à un développement correct.

Les interneurones sous les projecteurs

La population cellulaire au centre de l'étude est l'interneurone. Ces neurones agissent comme des régulateurs, modulant l'activité des circuits qui les entourent et contribuant à maintenir l'équilibre de la signalisation neuronale. Leur nombre et leur emplacement importent : trop peu, trop nombreux ou mal positionnés, les interneurones peuvent modifier le comportement d'un circuit.

Lorsque les chercheurs ont altéré l'activité neuronale dans leurs modèles murins, ils ont observé des changements mesurables dans cette population. L'étude rapporte que :

• Le nombre d'interneurones dans le thalamus visuel a changé lorsque l'activité thalamique était modifiée.
• La distribution de ces interneurones dans le thalamus visuel a également changé.
• L'organisation des interneurones dans le cortex visuel a aussi été affectée.
• Ces effets ont été observés après manipulation de l'activité à différents points le long de la voie visuelle et à différents stades du développement.

Prises ensemble, ces observations indiquent un dialogue continu entre le thalamus et le cortex pendant la période où le système visuel s'assemble, plutôt qu'un flux d'informations à sens unique.

Construire la vision avant l'ouverture des yeux

L'un des aspects les plus frappants du développement du système visuel est qu'il commence bien avant qu'un animal puisse réellement voir. Les embryons et les jeunes chiots ne reçoivent pas encore d'images du monde qui les entoure, mais leur cerveau est déjà occupé à organiser l'architecture qui traitera ces images.

Au cours de ces premiers stades, les neurones génèrent une activité spontanée — des salves de signalisation déclenchées en interne qui aident à établir et à affiner les circuits neuronaux. Chez la souris, nombre de ces événements organisateurs se produisent avant l'ouverture des yeux, ce qui fait de cette espèce un système utile pour étudier la formation des circuits en l'absence d'expérience visuelle.

La nouvelle étude s'appuie sur cette biologie en demandant ce qui se passe lorsque cette activité spontanée est modifiée expérimentalement. Plutôt que de traiter la décharge thalamique comme un bruit de fond, les chercheurs l'ont testée comme un ingrédient actif de la formation des circuits.

Comment les expériences ont été conçues

Pour sonder le rôle développemental du thalamus, l'équipe a travaillé avec plusieurs lignées de souris, ce qui lui a permis d'intervenir dans la voie visuelle de plus d'une manière. Leur approche comprenait :

• La modification de l'activité neuronale à plusieurs points le long de la voie visuelle.
• La synchronisation de ces interventions sur différentes fenêtres du développement.
• L'examen des conséquences pour les populations d'interneurones dans le thalamus visuel.
• Le suivi de la réponse de l'organisation des interneurones dans le cortex visuel.

En faisant varier à la fois le lieu et le moment, les chercheurs pouvaient tester si l'influence du thalamus était spécifique ou accessoire — et les changements qu'ils ont enregistrés dans le nombre et la distribution des interneurones suggèrent que cette activité a un réel poids organisateur.

Ce que les résultats signifient

Ce travail reconfigure une structure habituellement décrite en termes fonctionnels — ce que fait le thalamus adulte avec les données sensorielles — comme un acteur du développement à part entière. Si l'activité thalamique aide à déterminer comment les interneurones inhibiteurs sont incorporés et disposés, alors le thalamus participe à la construction des circuits mêmes qu'il utilisera plus tard pour transmettre l'information visuelle.

Cette idée a des implications sur la manière dont les scientifiques conçoivent l'assemblage des systèmes sensoriels de façon plus large. La formation des circuits est souvent étudiée du cortex vers l'extérieur, l'attention se portant sur la façon dont les cellules corticales s'organisent. Cette étude place une structure sous-corticale dans une position plus proéminente, suggérant que l'émergence d'un cortex visuel bien ordonné dépend en partie de signaux provenant de plus en amont.

C'est aussi un rappel que les frontières entre « câblage » et « fonction » sont floues dans le cerveau en développement. Une activité qui semble spontanée peut accomplir un travail structurel, guidant l'endroit où les cellules s'installent et combien d'entre elles survivent ou s'intègrent dans une région donnée.

Comme pour tout travail mené chez la souris, les résultats décrivent un système modèle, et les mécanismes précis en jeu chez d'autres mammifères nécessiteraient des investigations séparées. Néanmoins, la voie visuelle de la souris est un système bien caractérisé, et la conception de l'étude — manipuler l'activité à des endroits et des moments définis — donne aux conclusions une base expérimentale solide.

À propos de la recherche

L'étude a été réalisée à l'Institut des neurosciences, un centre conjoint du Conseil supérieur de la recherche scientifique espagnol (CSIC) et de l'Université Miguel Hernández d'Elche (UMH), et paraît dans The Journal of Neuroscience. L'article a été rédigé par Elena Garrido, édité par Swati Mestri et relu par Robert Egan dans le cadre du processus éditorial de la publication, qui comprend la vérification des faits et l'évaluation par les pairs. Les images utilisées dans la couverture de ce travail ont été créditées à l'Instituto de Neurociencias UMH CSIC et à Irene Huerga-Gómez.

En montrant que l'activité thalamique façonne le nombre et la distribution des interneurones le long de la voie visuelle en développement, l'équipe a ajouté une pièce substantielle au puzzle de la construction d'un système sensoriel par le cerveau — un système qui commence à travailler sur la vision bien avant qu'il y ait quoi que ce soit à voir.

Cet article est basé sur un reportage de Medical Xpress. Lire l'article original.