Des études d’un nombre croissant de laboratoires ont identifié des avantages neurologiques en matière d’exposition de volontaires humains ou de modèles animaux à une stimulation légère, sonore et / ou tactile au rythme de fréquence « gamma » du cerveau de 40 Hz. Dans les dernières recherches de ces recherches au Picower Institute for Learning and Memory et Alana Down Syndrome Center au MIT, les scientifiques ont constaté que la stimulation sensorielle à 40 Hz améliorait la cognition et la connectivité de circuit et a encouragé la croissance de nouveaux neurones chez la souris génétiquement conçue pour modéliser le syndrome de Down.
Li-Huei Tsai, professeur Picower au MIT et auteur principal de la nouvelle étude en Plos una déclaré que les résultats sont encourageants mais ont également mis en garde que beaucoup plus de travail soit nécessaire pour tester si la méthode, appelée genre (pour l’entraînement gamma en utilisant la stimulation sensorielle), pourrait offrir des avantages cliniques aux personnes atteintes du syndrome de Down. Son laboratoire a commencé une petite étude avec des bénévoles humains au MIT.
« Bien que ce travail, pour la première fois, montre les effets bénéfiques du genre sur le syndrome de Down en utilisant un modèle de souris imparfait, nous devons être prudents car il n’y a pas encore de données montrant si cela fonctionne également chez l’homme », a déclaré Tsai, qui dirige le Picower Institute et le Centre d’Alana, et est membre de la Faculté du cerveau et des scies cognitives du MIT.
Pourtant, a-t-elle déclaré, l’article nouvellement publié ajoute des preuves que le genre peut promouvoir une réponse de santé à large basée et réparatrice, « homéostatique » dans le cerveau au milieu d’une grande variété de pathologies. La plupart des études de genre ont abordé la maladie d’Alzheimer chez l’homme ou les souris, mais d’autres ont trouvé des avantages de la stimulation de conditions telles que le «cerveau de chimio» et les AVC.
Avantages du syndrome de Down
Dans l’étude, l’équipe de recherche dirigée par le MD Rezaul Islam de Postdoc et l’ancien étudiant diplômé Brennan Jackson ont travaillé avec le modèle de souris « TS65DN » couramment utilisé. Le modèle récapitule les aspects clés du trouble, bien qu’il ne reflète pas exactement la condition humaine, qui est causée par le transport d’une copie supplémentaire du chromosome 21.
Dans le premier ensemble d’expériences dans l’article, l’équipe montre qu’une heure par jour de lumière et une exposition au son de 40 Hz pendant trois semaines a été associée à des améliorations significatives sur trois tests de mémoire à court terme standard, ce qui implique une nouveauté distinctive de la familiarité et une impliquant une navigation spatiale.
Parce que ces types de tâches de mémoire impliquent une région cérébrale appelée l’hippocampe, les chercheurs ont examiné l’activité neuronale et mesuré une augmentation significative des indicateurs d’activité chez les souris qui ont reçu la stimulation du genre par rapport à celles qui ne l’ont pas fait.
Pour mieux comprendre comment les souris stimulées pourraient montrer une cognition améliorée, les chercheurs ont examiné si les cellules de l’hippocampe ont changé la façon dont elles expriment leurs gènes. Pour ce faire, l’équipe a utilisé une technique appelée séquençage d’ARN unique, qui a fourni une lecture de la façon dont près de 16 000 neurones individuels et autres cellules ont transcrit leur ADN en ARN, une étape clé dans l’expression des gènes.
Beaucoup de gènes dont l’expression variait le plus bien dans les neurones entre les souris qui ont reçu une stimulation et celles qui n’étaient pas directement liées à la formation et à l’organisation de connexions de circuits neuronaux appelés synapses.
Pour confirmer la signification de cette constatation, les chercheurs ont directement examiné l’hippocampe chez les souris stimulées et témoins. Ils ont constaté que dans une sous-région critique, le gyrus denté, les souris ont stimulé des synapses significativement plus.
Plonger plus profondément
L’équipe a non seulement examiné l’expression des gènes à travers les cellules individuelles, mais a également analysé ces données pour évaluer s’il y avait des modèles de coordination sur plusieurs gènes. En effet, ils ont trouvé plusieurs de ces «modules» de co-expression. Certaines de ces preuves ont en outre étayé l’idée que les souris stimulées à 40 Hz ont apporté des améliorations importantes dans la connectivité synaptique, mais une autre découverte clé a mis en évidence un rôle pour TCF4, un régulateur clé de la transcription des gènes nécessaires pour générer de nouveaux neurones, ou «neurogenèse».
L’analyse par l’équipe des données génétiques a suggéré que TCF4 est sous-exprimé chez les souris du syndrome de Down, mais les chercheurs ont vu une expression de TCF4 améliorée chez les souris stimulées au genre. Lorsque les chercheurs se sont rendus au banc de laboratoire pour déterminer si les souris présentaient également une différence de neurogenèse, ils ont trouvé des preuves directes que les souris stimulées présentaient plus que des souris non stimulées dans le gyrus denté.
Ces augmentations de l’expression et de la neurogenèse de TCF4 ne sont que corrélationnelles, ont noté les chercheurs, mais ils émettent l’hypothèse que l’augmentation des nouveaux neurones aide probablement à expliquer au moins une partie de l’augmentation des nouvelles synapses et une fonction de mémoire à court terme améliorée.
« L’augmentation des synapses fonctionnelles putatives dans le gyrus denté est probablement liée à l’augmentation de la neurogenèse adulte observée chez les souris du syndrome de Down après le traitement du genre », a déclaré Islam.
Cette étude est la première à documenter que le genre est associé à une neurogenèse accrue.
L’analyse des modules d’expression génique a également donné d’autres informations clés. La première est qu’un groupe de gènes dont l’expression diminue généralement avec le vieillissement normal et dans la maladie d’Alzheimer est resté à des niveaux d’expression plus élevés chez les souris qui ont reçu une stimulation sensorielle de 40 Hz.
Et les chercheurs ont également trouvé des preuves que les souris qui ont reçu une stimulation ont conservé plus de cellules dans l’hippocampe qui expriment Reelin. Les neurones exprimant les rélinois sont particulièrement vulnérables dans la maladie d’Alzheimer, mais l’expression de la protéine est associée à la résilience cognitive au milieu de la pathologie de la maladie d’Alzheimer, que les souris TS65DN développent. Environ 90% des personnes atteintes du syndrome de Down développent la maladie d’Alzheimer, généralement après l’âge de 40 ans.
« Dans cette étude, nous avons constaté que le genre améliore le pourcentage de neurones RELN + dans l’hippocampe d’un modèle de souris de syndrome de Down, suggérant que le genre peut favoriser la résilience cognitive », a déclaré Islam.
Pris avec d’autres études, Tsai et Islam ont déclaré que les nouveaux résultats ajoutent des preuves que le genre aide à stimuler le cerveau au niveau cellulaire et moléculaire pour monter une réponse homéostatique aux aberrations causées par la pathologie de la maladie, que ce soit la neurodégénérescence dans le syndrome de l’Alzheimer dans le cerveau chimio ou les déficits de la neurogenèse dans le syndrome du bas.
Mais les auteurs ont également averti que l’étude avait des limites. Non seulement le modèle TS65DN est un reflet imparfait du syndrome de la duvet humain, mais les souris utilisées étaient toutes des hommes. De plus, les tests cognitifs de l’étude n’ont mesuré que la mémoire à court terme. Et enfin, bien que l’étude ait été nouvelle pour examiner largement l’expression des gènes dans l’hippocampe au milieu de la stimulation du genre, il n’a pas examiné les changements dans d’autres régions cérébrales critiques cognitivement telles que le cortex préfrontal.
En plus de Jackson, Islam et Tsai, les autres auteurs du journal sont Maeesha Tasnim Naomi, Brooke Schatz, Noah Tan, Mitchell Murdock, Dong Shin Park, Daniela Rodrigues Amorim, Fred Jiang Mott Firenze, Manolis Kellis et Ed Boyden.
