Des souris endormies montrent des cerveaux très occupés à classer des données visuelles. Ces résultats d’une équipe de neuroscientifiques de l'université de Kyoto qui décrypte cette activité dans des cerveaux de souris anesthésiées, suggèrent que le cerveau peut optimiser le traitement de l'information visuelle en fonction de son état de conscience.
Ce que nous voyons devant nous est ce que notre cerveau nous dit qu'il voit. Nos yeux captent des stimuli visuels qui sont convertis en images, auxquelles le cerveau répond en organisant les neurones « en grappes ». Ces grappes se trouvent dans de nombreuses régions du cerveau, dont le cortex visuel mais aussi une zone très ancienne, le colliculus supérieur. L’équipe japonaise montre que ces amas changent de manière dynamiqueet s'organisent dans le colliculus supérieur lorsque la souris est endormie.
L'organisation fonctionnelle de la perception se fait aussi durant le sommeil
Si le sommeil représente à peu près un tiers de notre vie et que certaines personnes le considèrent comme une période de temps inutile, il est maintenant bien démontré qu’il est indispensable à notre apprentissage, à l’établissement d’objectifs, à l'adaptation de nos comportements et à notre fonctionnement au quotidien.
« A quoi pense un cerveau endormi ? », écrivaient il y a peu ces scientifiques de l’Université de Genève (UNIGE). L’équipe de scientifiques décodaient alors l'activité cérébrale durant le sommeil, dont les mécanismes neuronaux de consolidation de la mémoire. Ainsi, durant le sommeil et sans stimuli externes, le cerveau connecte différentes zones pour sélectionner et classer les données de la journée, affecter une récompense (ou un niveau de priorité) à chaque donnée et consolider les informations clés.
Cette nouvelle étude, menée chez la souris, révèle comment le cerveau, durant le sommeil, organise aussi les données spatiales et visuelles.
Le colliculus supérieur, une zone très ancienne en termes d'évolution, est moins étudié et considéré comme moins vital pour la perception visuelle même s'il est responsable de ces mouvements oculaires rapides entre deux points fixes, ainsi que de la reconnaissance faciale. L'information visuelle est représentée sous la forme d'un modèle de réponse spatiale semblable à une carte. Ces motifs répondent à la direction et à l'orientation de l'image visuelle. Cependant, les propriétés de ces modèles spatiaux restent mal comprises. Les chercheurs constatent ici chez la souris, que ces représentations sous forme de cartes sont améliorées au cours de l'anesthésie (à l'isoflurane).
Les auteurs principaux, les chercheurs Masatoshi Kasai et Tadashi Isa modélisent, via l'imagerie calcique par microscopie à deux photons, les différents états du cerveau des souris lorsqu'elles sont éveillées ou sous sédation. Parmi leurs observations,
- par rapport à l'état éveillé, sous anesthésie, une dynamique inattendue de cette cartographie qui permet au colliculus supérieur de s'adapter. Or, « habituellement, les cartes fonctionnelles du cortex sont stables une fois qu'elles sont formées » ;
- le regroupement des neurones dans le colliculus supérieur évolue ainsi en réponse à l'état du cerveau (éveillé ou endormi) pour traiter efficacement les données visuelles :
- cette dynamique dans la cartographie des motifs, influencée par l'anesthésique isoflurane et inédite avec d'autres anesthésiques, suggère que le colliculus supérieur est plus impliqué dans le traitement des données visuelles, qu'on ne le pensait auparavant.
Ces résultats suggèrent que l'organisation fonctionnelle de la perception et du traitement des données visuelles pourrait être régulée par l'équilibre excitation-inhibition -associée dans cette étude de l'état du cerveau.
L'isoflurane anesthésique a été choisi car il supprime les neurones inhibiteurs GABAergiques, contrairement aux autres types. « , explique Kasai.
Source: Journal of Neuroscience 6 Dec, 2021 DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1196-21.2021 Effects of light isoflurane anesthesia on the organization of direction and orientation selectivity in the superficial layer of the mouse superior colliculus
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