Comment le cerveau encode le chaud et le froid

Des chercheurs du Centre Max Delbrück ont ​​découvert une région du cerveau responsable de notre perception de la température lorsque nous touchons des objets. Le papier, qui apparaît dans Naturerapporte la découverte d’un “cortex thermique” situé dans une région postérieure du cortex insulaire.

Un café chaud, un soda froid : notre capacité à détecter la température des objets est cruciale pour survivre dans le monde. Pendant près d’un siècle, les scientifiques ont tenté de déterminer où se situe dans le cerveau la capacité de détecter les températures. Certains ont suggéré qu’il existe un “cortex thermique” distinct, mais la présence d’une région spécifique a été débattue jusqu’à présent.

Des chercheurs du Max Delbrück Center de Berlin ont identifié un cortex thermique dans le cerveau de souris et identifié des cellules nerveuses (ou «neurones») qui détectent des températures froides ou chaudes.

“Comprendre le fonctionnement du cerveau est une dernière frontière de la science, et enquêter sur la perception sensorielle est un bon moyen d’essayer d’y parvenir”, déclare le professeur James Poulet, neuroscientifique au MaxDelbrück Center et Charité-Universitätsmedizin, qui a dirigé l’équipe de recherche. “Il existe malheureusement de nombreuses maladies cérébrales incurables, y compris celles qui altèrent la perception sensorielle. À long terme, comprendre comment les circuits des cellules nerveuses fonctionnent dans le cerveau sain aidera à réparer le cerveau malade.”

Lorsqu’une personne se déplace dans le monde, le cerveau traite les informations provenant des organes sensoriels pour construire une perception consciente du monde. Une grande partie de cela se produit dans la couche externe pliée du cerveau, appelée cortex. Poulet et son équipe ont déjà découvert que les neurones du cortex somatosensoriel primaire réagissent lorsque la peau entre en contact avec des températures fraîches. Ainsi, ils s’attendaient à ce que les températures chaudes soient également codées dans cette région.

Des neurones spécifiques réagissent au froid et à la chaleur

Le Dr Mikkel Vestergaard et le Dr Mario Carta, co-premiers auteurs et chercheurs du laboratoire Circuits neuronaux et comportement de Poulet, ont testé cette hypothèse chez des souris, dont le cerveau est similaire à celui des humains. Ils ont fourni des températures douces aux pattes avant des animaux et ont utilisé des techniques d’imagerie pour découvrir quelle partie du cerveau réagissait aux changements de température de la peau.

À leur grande surprise, les scientifiques ont découvert que le cortex somatosensoriel primaire ne répondait pas à la chaleur. En regardant autour d’eux, ils ont trouvé des neurones répondant dans une région latérale du cerveau appelée cortex insulaire postérieur. “Notre étude montre que le cortex insulaire postérieur semble contenir le cortex thermique insaisissable”, déclare Carta.

Ils ont ensuite utilisé un microscope à deux photons pour observer la réponse des neurones individuels dans le cortex insulaire postérieur. “Nous avons découvert qu’il existe des neurones spécifiques qui réagissent au froid et des neurones spécifiques qui réagissent au chaud, ainsi que de nombreux neurones qui réagissent à la fois au chaud et au froid”, explique Vestergaard.

Les neurones chauds et froids ont réagi tout à fait différemment. Les neurones chauds ont répondu à la température absolue, tandis que les neurones froids ont répondu au changement relatif de température. Les réponses froides ont également été activées plus rapidement et se sont éteintes plus tôt que les réponses chaudes. “Cela indique qu’il pourrait y avoir des voies distinctes pour la perception du froid par rapport au chaud”, déclare Vestergaard.

Le flux de température

Pour prouver de manière concluante que le cortex insulaire est impliqué dans la perception de la température, les scientifiques ont entraîné les souris à signaler des températures froides ou chaudes. Ensuite, ils ont utilisé la technique de l’optogénétique pour désactiver temporairement le cortex insulaire postérieur tout en délivrant un stimulus thermique. “Lorsque nous avons fait cela, la souris n’a pas ressenti le stimulus de température”, explique Poulet. Lorsque les scientifiques ont cessé de supprimer cette partie du cortex, la souris a de nouveau ressenti la sensation.

À l’avenir, l’équipe Poulet prévoit d’étudier la voie du flux de température depuis la peau, via la moelle épinière dans le thalamus et enfin dans le cortex. “Nous examinons différentes stations pour voir où et comment les informations de température sont représentées et comment elles sont transformées le long du chemin”, dit-il.

Ils étudient également l’une des plus grandes énigmes de cette étude : pourquoi le cortex somatosensoriel primaire, qui perçoit le froid, ne réagit-il pas à la chaleur ? Les scientifiques émettent l’hypothèse que cette région pourrait être responsable de la perception de textures complexes, telles que l’humidité, la douceur ou le métal.

“Il se pourrait que la représentation du froid dans le cortex somatosensoriel aide d’une manière ou d’une autre à la discrimination de la structure de surface complexe”, explique Poulet. “Nous devons faire plus d’expériences pour vraiment comprendre. C’est fascinant, et encore assez flou.”