Des neuroscientifiques de l’Université de Stanford ont accidentellement découvert un tout nouveau rôle cognitif du cervelet : l’une des régions les plus connues du cerveau. Il ne représente que 10 % du volume total de l’organe mais contient plus de 50 % de ses neurones.
En dépit de cette véritable puissance de traitement, les scientifiques ont longtemps supposé que le cervelet fonctionnait en grande partie en dehors du domaine de la conscience, (au lieu de coordonner les activités physiques, comme le repos et la respiration par exemple). Mais à présent, les neuroscientifiques ont découvert que le cervelet joue un rôle important dans le système de récompense (système hédonique), l’un des principaux moteurs qui motive et façonne le comportement humain.
Non seulement cette découverte ouvre de nouvelles possibilités de recherche concernant cette petite région que les scientifiques ont si longtemps lié aux compétences motrices et sensorielles, mais elle suggère également que les neurones qui composent une grande partie du cervelet (appelées cellules granulaires), fonctionnement en fait d’une manière qui était encore insoupçonnée jusqu’à présent. « Étant donné la quantité importante de neurones qui résident dans le cervelet, il y a eu relativement peu de progrès par rapport à l’intégration de ce dernier dans le cadre plus général, concernant la manière dont le cerveau résout les tâches. Cela est dû en grande partie à l’hypothèse qui exprimait que le cervelet pouvait uniquement être impliqué dans les tâches motrices », explique un membre de l’équipe, Mark Wagner, de l’Université de Stanford. « J’espère que nous pourrons unifier cette découverte avec d’autres études des régions cérébrales plus populaires, comme le cortex cérébral », ajoute-t-il.
Situé dans la partie postérieure du cerveau, le cervelet gère une quantité massive de connexions avec le cortex moteur (une région du cortex cérébral située dans le lobe frontal du cerveau et qui est impliquée dans la planification, le contrôle et l’exécution des mouvements volontaires). Bien qu’il y ait déjà eu des signes de connexion entre le cervelet et des processus cognitifs tels que l’attention et la fonction du langage, les recherches antérieures effectuées à ce jour sur les cellules granulaires ne les ont jamais liées aux fonctions sensorielles et motrices de base.
De plus, nous pouvons constater les effets sur une personne lorsque celle-ci possède un cervelet endommagé : cela se résulte en une déficience de coordination. « Si vous avez une perturbation du cervelet, la première chose que vous constatez, est un défaut de coordination moteur », explique l’un des chercheurs, Liqun Luo.
Mais il pourrait s’agir uniquement de la partie émergée de l’iceberg. En effet, le cerveau humain contient environ 60 milliards de cellules granulaires cérébrales (qui sont plus nombreuses que tous les autres types de neurones combinés), mais celles-ci sont difficiles à étudier.
L’équipe de Stanford a utilisé une nouvelle technique pour observer les cellules granulaires, appelée imagerie calcique à deux photons, qui leurs a permis d’enregistrer l’activité des neurones en temps réel. (Le rendu de ce type d’imagerie donne un résultat équivalant à ce que vous pouvez voir dans l’image de titre de cet article. La teinte verte n’est pas en fausse couleur : il s’agit d’une substance appelée « protéine fluorescente verte » (GFP)).
Il faut savoir que cette protéine est produite naturellement par certains animaux bioluminescents tels que les méduses, et peut être introduite dans le génome en n’abimant que très peu les cellules. Il est beaucoup plus facile pour les chercheurs de retracer en temps réel l’activité de cette protéine dans les cellules que pour d’autres protéines non fluorescentes.
C’est donc pour cette raison qu’ils ont introduit cette dernière dans l’ADN de souris, afin d’en suivre l’activité. Pour leur expérience, les chercheurs ont mis en place un système qui donnerait en récompense de l’eau sucrée aux souris, à chaque fois qu’elles pousseraient un levier. Les chercheurs s’attendaient à voir des activités du cervelet concernant la réponse à des mouvements physiques, mais à leur plus grande surprise, ils ont constaté qu’il existait une connexion apparente entre les cellules granulaires et le système de récompense, déclenché par l’eau sucrée.
Comme l’explique l’équipe, certaines cellules granulaires ont été activées lorsque les souris ont poussé le levier, mais un tout autre ensemble de cellules granulaires a également été activé lorsque les souris étaient dans l’attente de leur récompense. Et lorsqu’elles ont enfin pu récupérer leur cadeau, encore un autre groupe de cellules granulaires s’est activé dans le cervelet. « C’était une observation qui, wow, démontrait que ces cellules réagissent réellement à la récompense », explique Luo.
Bien entendu, les résultats de cette étude n’ont pour l’instant été observés que chez des souris, donc nous ne pouvons pas encore être certains que cela se reproduira dans le cerveau humain. Mais les scientifiques pensent que le cervelet est censé agir de manière similaire chez tous les vertébrés au vu de son évolution à travers les âges, alors il y a de bonnes chances à ce que nous puissions découvrir des éléments similaires chez les êtres humains.
Voici donc une preuve supplémentaire de la complexité du cerveau des mammifères peuplant cette planète. La recherche a déjà été publiée dans la revue Nature.