Sciences

25 mars 2015 11:09; Act: 25.03.2015 11:32 Print

EPFL: l'énergie du cerveau modélisée

Le cerveau utilise le glucose comme énergie mais sa façon de procéder reste un mystère vu sa structure et les contraintes métaboliques.

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Une équipe internationale avec participation de l'EPFL a développé la première simulation sur ordinateur de cette relation entre neurones, vaisseaux sanguins et autres cellules cérébrales.

La clé de cette relation méconnue se nomme la glie, a indiqué mercredi l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL). Avec des confrères de l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST) et de l'University College de Londres, les chercheurs lausannois ont développé une simulation sur ordinateur qui a correspondu aux données expérimentales in vivo et in vitro déjà recueillies dans le domaine.

Le cerveau est davantage que des neurones qui se transmettent de l'information. Plus de la moitié se compose de cellules gliales, qui aident et isolent les neurones, leur fournissent des substrats énergétiques, les protègent contre les pathogènes et nettoient même le cerveau des neurones morts. En fait, les cellules gliales, les neurones et les vaisseaux sanguins forment une unité fonctionnelle, l'unité neuro-glio-vasculaire (NGV), qui régule la gestion énergétique du cerveau.

Le glucose fait la navette

L'équipe dirigée par Pierre Magistretti (EPFL, KAUST) et collaborant avec Renaud Jolivet (University College London) a mis au point un modèle informatique complet qui cerne avec précision la dynamique de cette relation. Ce modèle, publié par «PLOS Computational Biology», montre comment le glucose fait la navette entre ces trois éléments pour produire l'énergie nécessaire à l'activation neuronale.

Des expériences précédentes de l'équipe lausannoise montraient que le glucose s'écoule sous forme de lactate d'un type de cellules gliales appelées «astrocytes» vers les neurones. Certaines études théoriques pensaient toutefois que ce lactate allait dans l'autre sens, soit des neurones aux astrocytes.

Or le modèle a confirmé en termes quantitatifs que le lactate coulait bien des astrocytes aux neurones. Il est également le premier à pouvoir simuler le laps de temps réel de ce procédé, une avancée qui fournit une image mesurable de la façon dont les neurones et cellules gliales coordonnent ledit métabolisme.

Mieux comprendre les signaux

Mieux saisir les relations entre neurones et glie permet en outre de comprendre les signaux détectés par nos techniques opérationnelles d'imagerie du cerveau, comme l'IRM et la PET, qui enregistrent l'utilisation de glucose, le flux sanguin ou les changements de consommation d'oxygène en lien avec l'activité neuronale.

«Il s'agit ici du tout premier modèle multi-échelle et asservi au temps de l'unité neuro-glio-vasculaire qui reflète avec précision les observations expérimentales de nombreux types de cellules et organismes», déclare Pierre Magistretti, cité dans le communiqué. Cette simulation est désormais intégrée au modèle de cerveau complet en phase de développement au Blue Brain Project de l'EPFL.

(ats)