Les neuroscientifiques, s'intéressant au fonctionnement du cerveau, se concentrent naturellement sur les neurones, les cellules qui peuvent transmettre des éléments de sens et de pensée les unes aux autres via des impulsions électriques. Mais tout aussi digne d'étude est une substance qui se trouve entre eux - un revêtement visqueux à l'extérieur de ces neurones. À peu près équivalent au cartilage de notre nez et de nos articulations, la substance s'accroche comme un filet de pêche à certains de nos neurones, inspirant le nom de réseaux périneuronaux (PNN). Ils sont composés de longues chaînes de molécules de sucre attachées à un échafaudage protéique, et ils maintiennent les neurones en place, les empêchant de germer et d'établir de nouvelles connexions.
Compte tenu de cette capacité, ce revêtement neuronal peu connu fournit des réponses à certaines des questions les plus déroutantes sur le cerveau : pourquoi les jeunes cerveaux absorbent-ils si facilement de nouvelles informations ? Pourquoi les souvenirs effrayants qui accompagnent le trouble de stress post-traumatique (SSPT) sont-ils si difficiles à oublier ? Pourquoi est-il si difficile d'arrêter de boire après être devenu dépendant à l'alcool ? Et selon nouvelle recherche du neuroscientifique Arkady Khoutorsky et de ses collègues de l'Université McGill, nous savons maintenant que les PNN expliquent également pourquoi la douleur peut se développer et persister si longtemps après une lésion nerveuse.
La plasticité neuronale est la capacité des réseaux neuronaux à changer en réponse aux expériences de la vie ou à se réparer après une lésion cérébrale. De telles opportunités de changement sans effort sont connues comme des périodes critiques lorsqu'elles se produisent tôt dans la vie. Considérez la facilité avec laquelle les bébés apprennent le langage, mais combien il est difficile d'apprendre une langue étrangère à l'âge adulte. D'une certaine manière, c'est ce que nous voudrions : après la formation des réseaux de neurones complexes qui nous permettent de comprendre notre langue maternelle, il est important qu'ils soient verrouillés, afin que les réseaux restent relativement intacts pour le reste de nos vies.
Cela signifie qu'après une période critique, les réseaux de neurones deviennent résistants au changement, et les PNN en sont une des principales raisons. Ils se forment sur les neurones et verrouillent le câblage du réseau neuronal en place à la fin de la période critique. Cela se produit le plus souvent entre 2 et 8 ans, mais les PNN se forment également sur les neurones à l'âge adulte en association avec des comportements difficiles à briser ou dans la formation de souvenirs à long terme. Si nous pouvions retarder la fermeture des périodes critiques, ou les rouvrir d'une manière ou d'une autre plus tard dans la vie, cela restaurerait la plasticité neuronale juvénile, favoriserait la récupération après une blessure et éliminerait les troubles neurologiques difficiles qui résistent au changement.
Des recherches récentes montrent que cela peut effectivement être fait, simplement en manipulant les PNN. Par exemple, garder un animal dans l'obscurité complète ralentit le développement des PNN sur les neurones de la vision, gardant ouverte la période critique de plasticité neuronale pour corriger les problèmes de vision beaucoup plus longtemps. Les agents chimiques et la manipulation génétique peuvent également dégrader les PNN et rouvrir des périodes critiques, et les chercheurs ont fait cela pour faire oublier aux souris les souvenirs qui leur ont causé le SSPT (dans leur cas, les souvenirs d'un choc électrique administré juste après avoir entendu un son).
Il est également possible de stimuler la croissance des PNN. Cela se produit lorsqu'une personne boit de l'alcool à l'excès, ce qui entraîne la formation de ces filets sur les neurones impliqués dans la dépendance. On pense que le revêtement protège les neurones de la toxicité chimique de l'alcool, mais il verrouille également le processus de pensée qui déclenche une envie irrésistible de boire.
Alors que les neuroscientifiques ont appris ces aspects des PNN au cours des dernières décennies, l'influence des PNN sur la douleur chronique était une découverte récente inattendue. Ce travail, qui étend encore l'influence des filets au-delà des périodes critiques, améliore non seulement notre compréhension de la science fondamentale de la douleur, mais nous donne également une meilleure image des PNN eux-mêmes.
La douleur chronique, qui persiste longtemps après une blessure, reflète une modification des circuits neuronaux qui peut être difficile à surmonter. Quand quelque chose fait mal, tout notre corps s'en mêle. Des neurones spécialisés dans la douleur répartis dans tout le corps transmettent des impulsions neurales à la moelle épinière, où elles sont transmises au cerveau. Cela signifie que la moelle épinière joue un rôle majeur dans notre sens de la douleur ; en effet, les médecins gèrent souvent la douleur de l'accouchement en administrant une péridurale, qui consiste à injecter des anesthésiques dans l'espace entourant la moelle épinière lombaire, empêchant les impulsions neuronales d'atteindre le cerveau.
Imaginez maintenant si au lieu de supprimer la transmission neuronale à ce stade, une lésion nerveuse rendait ces neurones hypersensibles. Même un contact doux dans la zone touchée provoquerait un barrage d'impulsions neuronales pour remonter la moelle épinière, s'enregistrant comme une douleur intense. Des recherches antérieures ont identifié plusieurs mécanismes pouvant provoquer une telle hypersensibilisation, mais personne ne s'attendait à ce que les PNN soient impliqués.
Il y a quelques années, cependant, Khoutorsky a vu un article rapportant que les PNN recouvraient certains petits neurones dans une région du cerveau où les informations sur la douleur sont transmises. Ces « interneurones inhibiteurs » forment des synapses sur les neurones de la douleur, supprimant leur capacité à transmettre des signaux de douleur. Khoutorsky s'est demandé si les PNN pouvaient faire quelque chose de similaire au point de relais critique de la douleur à l'intérieur de la moelle épinière, et il a demandé à son étudiante diplômée Shannon Tansley de se pencher sur la question. "A cette époque, rien n'était connu", a déclaré Khoutorsky.
Tansley a en effet découvert que les PNN enfermaient certains neurones dans la moelle épinière où ils relaient les signaux de douleur au cerveau. Les neurones ont de longs axones (la "queue" qui envoie des signaux à la cellule suivante en ligne) qui pointent la moelle épinière vers le cerveau. Ils ont également un ensemble d'interneurones inhibiteurs qui leur sont attachés à travers de petits trous dans le PNN, et les neurones inhibiteurs peuvent étouffer le déclenchement des longs neurones en saillie, réduisant le signal atteignant le cerveau et atténuant la sensation de douleur. Tansley a découvert, à sa grande surprise, que seuls ces neurones inhibiteurs du point relais de la moelle épinière étaient recouverts de PNN.
Cette découverte a inspiré l'équipe de Khoutorsky à entreprendre des expériences sur des souris de laboratoire pour déterminer si ces filets étaient en quelque sorte impliqués dans la douleur chronique après une lésion du nerf périphérique. Ils ont coupé des branches du nerf de la patte arrière d'une souris, connu sous le nom de sciatique, alors qu'il était sous anesthésie générale. Cela imite les blessures sciatiques chez les personnes, qui sont connues pour causer des douleurs persistantes. Quelques jours plus tard, l'équipe de Khoutorsky a mesuré le seuil de douleur de la souris avec des tests non nocifs, comme le chronométrage de la vitesse à laquelle elle reculait d'une surface chauffée. Comme prévu, l'équipe a vu la souris afficher une sensibilité à la douleur fortement accrue - mais ils ont également remarqué que les PNN autour des neurones en saillie s'étaient dissous. Tout comme les changements du cerveau pendant les périodes critiques affectent les PNN, les changements brusques après une lésion nerveuse chez la souris avaient modifié les PNN dans le circuit de la douleur de sa moelle épinière.
L'équipe a ensuite déterminé ce qui causait la destruction des moustiquaires : la microglie, les cellules du cerveau et de la moelle épinière qui initient les réparations après une maladie ou une blessure. Pour tester le lien entre la microglie et la douleur, l'équipe s'est tournée vers des souris pratiquement sans microglie (rendue possible grâce au génie génétique) et a effectué la même opération. Chez ces souris, les PNN sont restés intacts après la chirurgie du nerf sciatique et, remarquablement, les souris ne sont pas devenues hypersensibles aux stimuli douloureux. Pour confirmer la connexion, l'équipe a utilisé divers moyens pour dissoudre les filets, ce qui a augmenté la sensibilité des souris à la douleur.
Cela a prouvé que les PNN supprimaient directement la sensibilité à la douleur. En mesurant la transmission synaptique avec des électrodes, l'équipe de Khoutorsky a même découvert comment cela fonctionnait. La dégradation des PNN a provoqué une réaction en chaîne qui a entraîné une augmentation de la signalisation des neurones en saillie qui envoient des signaux de douleur au cerveau : lorsque la microglie répondant à la lésion nerveuse a dissous les PNN, cela a affaibli l'influence des neurones inhibiteurs qui atténuent normalement le déclenchement de les neurones de projection cérébrale. La perte de leurs freins inhibiteurs signifiait un déclenchement neuronal incontrôlable et une douleur intense.
La microglie libère de nombreuses substances qui provoquent une hypersensibilité des neurones de la douleur après une lésion nerveuse, mais leur action inattendue sur les PNN présente un avantage majeur : la spécificité. "Habituellement, ce que font les filets périneuronaux, c'est qu'ils verrouillent la plasticité et qu'ils protègent également les cellules", a déclaré Khoutorsky. "Alors pourquoi ces filets sont-ils uniquement autour de ces neurones relais de la douleur, et pas autour d'autres types de cellules [à proximité]?" Il soupçonne que c'est parce que ce point relais de la douleur dans la moelle épinière est si important que ces neurones et leurs connexions ont besoin d'une protection supplémentaire pour que leur contrôle de la transmission de la douleur soit fort et fiable. Seul quelque chose d'aussi dramatique qu'une lésion neurale peut perturber cette stabilité.
"La beauté de ce mécanisme est qu'il est sélectif pour des types de cellules spécifiques", a déclaré Khoutorsky. Les substances libérées par la microglie pour augmenter le déclenchement neural et causer de la douleur après une lésion neurale affectent tous les types de cellules à proximité, mais les PNN n'enferment que ces neurones précisément au point de relais critique de la moelle épinière.
Des recherches sont en cours pour mieux comprendre ce nouveau mécanisme de la douleur chronique. Si les chercheurs peuvent développer des méthodes pour reconstruire les PNN sur ces neurones après une blessure, cela pourrait fournir un nouveau traitement pour la douleur chronique - un besoin urgent, étant donné que les opiacés, la solution actuelle, perdent leur puissance avec le temps et peuvent devenir addictifs ou entraîner une mort. surdosage.
Ce qui se passe à l'intérieur des neurones est fascinant et important à comprendre, mais les réseaux de neurones sont formés par des neurones individuels reliés entre eux, et ici c'est le ciment cartilagineux négligé dans l'espace entre eux qui est vital.
