Les assemblées de neurones cortico-striatales : Le tout est plus que la somme des parties

Le cortex préfrontal a fait l’objet de nombreuses études du fait de son rôle dans les fonctions exécutives, la mémoire, et la prise de décision. La plupart des recherches portent sur les systèmes intégrés (employant l’imagerie fonctionnelle chez l’Homme, l’étude de la perte de fonction à la suite d’activations ou de désactivations expérimentales, ou enregistrements des neurones individuels chez le singe ou le rongeur). Toutefois, on sait en moins sur l’activité collective des neurones, et sur les mécanismes de transmission des signaux préfrontaux en aval, en particulier en relation avec des fonctions exécutives.

Les scientifiques ont enregistré des assemblées de neurones au niveau du cortex préfrontal et du striatum médian et ventral (qui sont impliqués dans plusieurs maladies psychiatriques). L’objectif était de mieux comprendre le traitement du signal au sein de ce réseau cérébral. Les rats alternaient entre deux tâches comportementales dans le même labyrinthe en forme de T, l'une dépendant des repères visuels et l’autre des repères spatiaux du dispositif expérimental. De manière surprenante, des groupes de neurones préfrontaux et striataux déchargent de façon synchronisée dans une fenêtre de temps de l’ordre de 10 millisecondes. Lors de l’activation de ces "assemblées", l’activité des neurones concernés est modulée par des oscillations cérébrales dans les bandes de fréquences 4 Hz, 8 Hz (dite thêta) et de 80 Hz (dite gamma). Ces activations ne sont pas simplement dues au comportement de l’animal, car elles se reproduisent lors de la période de sommeil suivante.

Le psychologue Donald Hebb a postulé en 1949 que des assemblées de neurones seraient la base des représentations mentales et qu’elles porteraient des informations dépassant celles des neurones individuels, ce qu’il appelait une "propriété émergente". Mais jusqu’à maintenant, de telles propriétés émergentes s’avéraient très difficile à démontrer expérimentalement. Dans cette étude, les scientifiques montrent que l’activité des assemblées est corrélée avec certaines informations requises pour l’exécution de la tâche comportementale, par exemple, la position du rat sur le labyrinthe , son choix entre les deux repères lors d’un essai, et la règle applicable (visuelle ou spatiale). Cependant dans certain cas, ces corrélations comportementales des assemblées sont absentes ou faibles dans l’activité de leurs membres.

De telles assemblées de neurones pourraient également exister entre le cortex préfrontal, le striatum et d’autre régions cérébrales, et manifester des propriétés émergentes sous-tendant de multiples fonctions cognitives.

Pour en savoir plus :
Distributed cell assemblies spanning prefrontal cortex and striatum.
Oberto VJ, Boucly CJ, Gao HY, Todorova R, Zugaro MB, Wiener SI
Current Biology 25 octobre 2021. https://doi.org/10.1016/j.cub.2021.10.007