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Comment la structure cérébrale qui produit la noradrénaline aide également à contrôler l'attention visuelle

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Le locus coeruleus (LC) est une petite région du tronc cérébral qui produit de la norépinéphrine, un produit chimique ayant de puissants effets sur l'éveil et l'éveil et qui joue un rôle important dans la réponse du corps au stress ou à la panique. Aujourd’hui, des recherches de l’Université de Chicago montrent qu’il joue également un rôle spécifique dans le traitement sensoriel visuel.

Dans une étude intitulée « Locus coeruleus norépinéphrine contrôle sélectivement l'attention visuelle » et publiée dans Neurone, les neuroscientifiques ont artificiellement augmenté l'activité neuronale dans le LC en éclairant brièvement les neurones génétiquement modifiés. Ils ont constaté que cette manipulation améliorait de manière sélective les performances des primates non humains effectuant une tâche d’attention visuelle, soulignant ainsi le rôle crucial que joue l’attention dans la perception sensorielle.

“Nous voulons comprendre ce qui change dans votre cerveau lorsque vous prêtez attention à quelque chose dans l'environnement, car l'attention affecte grandement votre capacité à discerner les stimuli”, a déclaré John Maunsell, Ph.D., professeur distingué Albert D. Lasker de neurobiologie. et directeur de l'Institut de neurosciences de l'Université de Chicago et co-auteur de l'étude.

“Maintenant, nous avons découvert une structure cérébrale qui émet des signaux forts indiquant si les sujets prêtent ou non attention à un stimulus, et nous constatons de grandes différences dans la façon dont ses neurones réagissent en fonction de l'endroit où cette attention est dirigée.”

Maunsell et la co-auteure Supriya Ghosh, Ph.D., chercheuse postdoctorale, concentrent leurs études sur la manière dont les neurones de différentes zones du cerveau changent pour représenter les entrées sensorielles lorsqu'un sujet prête ou non attention à un stimulus. Par exemple, l’activité des neurones du cortex cérébral peut augmenter de 10 à 25 % lorsqu’un sujet prête attention aux stimuli que représentent ces neurones.

Des recherches antérieures ont montré que l'activation de la LC, associée à la production de noradrénaline qui en résulte, pourrait améliorer les performances dans les tâches nécessitant une attention particulière pour discerner les stimuli visuels.

Ghosh, spécialisé dans les structures cérébrales sous-corticales, a suggéré que la LC pourrait être un bon candidat pour étudier ces effets. L'équipe a entraîné deux singes à effectuer une tâche visuelle dans laquelle ils prêtaient attention au côté gauche ou droit d'un écran. Tout d’abord, un exemple d’image apparaîtrait des deux côtés de l’écran.

Ensuite, après un certain temps, une image test apparaîtrait sur un côté de l’écran. Le singe signalerait si cette image était orientée différemment de l'échantillon montré plus tôt sur ce côté de l'écran en déplaçant ses yeux vers l'une des deux cibles. Les chercheurs ont enregistré l’activité des neurones dans le LC pendant la tâche et ont constaté que cette activité augmentait considérablement – ​​et seulement – ​​lorsque l’animal était attentif à l’image apparaissant sur le côté de l’écran surveillé par ces neurones.

Pour voir s'il y avait une relation causale entre cette activité accrue et la performance, ils ont également utilisé une méthode appelée optogénétique pour augmenter l'activité du LC pendant que les animaux effectuaient la tâche. L'optogénétique permet aux chercheurs de contrôler sélectivement l'activité des cellules exprimant la noradrénaline via la lumière.

Premièrement, ils introduisent une modification génétique qui amène les neurones à produire une protéine sensible à la lumière appelée opsine, le même type de protéine que les photorécepteurs de l’œil utilisent pour détecter la lumière. Lorsqu’elles éclairent ces neurones avec une lumière particulière, l’opsine provoque leur déclenchement.

L'amélioration optogénétique des réponses des neurones a considérablement amélioré la capacité des animaux à différencier les formes sur la moitié correspondante de l'écran, sans affecter le traitement moteur.

“Ce type d'amélioration artificielle de cette activité n'interfère pas non plus avec d'autres facteurs cognitifs, tels que les actions motrices ou les activités liées à la décision”, a déclaré Ghosh. “Ainsi, cela pourrait contribuer sélectivement à la sensibilité perceptuelle d'une manière très précise.”

Il est crucial de distinguer les effets de l'attention d'autres facteurs, comme la prise de décision ou les mouvements moteurs, a déclaré Ghosh. Ces processus se déroulent dans d’autres parties du cerveau et peuvent contribuer indépendamment aux performances. Comprendre comment une structure cérébrale relativement petite comme le LC influe sur une fonction aussi importante que l’attention est également une étape vers la résolution du casse-tête global du cerveau.

“Chaque fois que nous obtenons plus d'informations sur la contribution probable d'une structure cérébrale donnée, ou sur l'étendue de l'éventail des fonctions d'une structure donnée, cela nous donne beaucoup plus de pouvoir pour comprendre les relations entre elles”, a déclaré Maunsell. “Aucune partie du cerveau ne produit à elle seule des comportements intéressants.”

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