Un chercheur de WVU donne un sens aux circuits cérébraux avec une subvention NSF de 1,6 million de dollars | Aujourd’hui

Une petite boule noire et blanche est utilisée dans la recherche qui étudie comment le cerveau coordonne le mouvement et la fonction sensorielle. Kevin Daly, de biologie, examine les mouches des fruits qui se tiennent debout et marchent sur le ballon sous un microscope spécialisé. Daly a reçu 1,6 million de dollars de la National Science Foundation pour étendre ses recherches, ce qui pourrait conduire à des applications pratiques pour les maladies humaines et les performances humaines.
(Photo WVU/Brian Persinger)

Une mouche des fruits marche sur une balle qui roule.

Comme il serpente, Kévin Daly, la biologie professeur à Université de Virginie-Occidentaleregarde profondément dans son cerveau à travers un microscope spécialisé.

Il étudie comment le cerveau coordonne les mouvements et les fonctions sensorielles chez les animaux, ce qui pourrait permettre de mieux comprendre comment les différents sens — la vue, le toucher, l’odorat, etc. — sont intégrés par le système nerveux chez l’homme.

La National Science Foundation a accordé 1,6 million de dollars à Daly et à son collaborateur André Dacks, professeur agrégé de biologie, pour approfondir ce domaine de recherche. Ses applications pratiques pourraient faire la lumière sur les maladies humaines et les performances humaines, sujets d’intérêt pour le département américain de la Défense et les agences fédérales de santé, qui ont déjà travaillé avec Daly.

Daly a noté que chaque comportement d’un humain ou d’un animal peut affecter un ou plusieurs de ses systèmes sensoriels, c’est pourquoi ils sont liés aux systèmes moteurs, travaillant ensemble pour déplacer un être à travers le monde.

« Vous ne pouvez pas bouger sans qu’un ou plusieurs de vos systèmes sensoriels soient affectés », a-t-il déclaré.

Daly étudie les circuits de décharge corollaires, un type de circuit cérébral qui permet aux animaux, y compris les humains, de distinguer les signaux sensoriels externes des signaux auto-générés. En termes simples, la décharge corollaire aide le cerveau à déterminer si une image sur la rétine de l’œil se déplace sur la rétine parce que le globe oculaire se déplace dans l’orbite ou si quelque chose dans l’environnement se déplace dans le champ de vision de l’œil.

Il compare l’effet de ce mécanisme au visionnage d’un film filmé avec des stabilisateurs sur une caméra portative autrement tremblante. La décharge corollaire permet au cerveau de créer la perception d’une scène stabilisée pendant que le corps est en mouvement.

« C’est pourquoi vous pouvez regarder autour d’un écran simplement en jetant les yeux et vous n’avez pas l’impression que le monde tourne pendant que vous le faites », a-t-il déclaré. « Donc, c’est essentiellement une façon de coordonner les systèmes sensoriels avec les systèmes moteurs afin qu’ils soient constamment imbriqués. »

Le côté sensoriel et le côté moteur du cerveau sont réciproquement connectés. Cela peut être vu lorsqu’un randonneur marche sur une bûche. Alors que le système moteur dirige les jambes vers l’avant, le système sensoriel s’assure que le pied atterrit au bon endroit et compense les points glissants.

« Il y a beaucoup de mises à jour qui doivent se produire », a déclaré Daly. « Ces neurones intègrent vraisemblablement toutes ces informations. Il prend en charge l’écart entre les objectifs et l’aspect pratique de se déplacer dans un environnement.

Daly utilise les mouches des fruits pour étudier les décharges corollaires, car elles ont un système nerveux plus simple que celui des humains. Dans son laboratoire, il surveille les neurones dans des parties spécifiques du cerveau des insectes alors qu’ils marchent sur une balle de tapis roulant à suspension pneumatique.

« Pendant que l’animal marche, nous regardons activement le cerveau faire ce qu’il fait, mais nous ne regardons que les neurones d’intérêt », a-t-il déclaré. « Ce que nous pouvons faire, essentiellement, c’est observer simultanément le cerveau et le comportement chez le même animal. »

Les données recueillies sur les circuits de décharge corollaires chez les mouches des fruits aideront les chercheurs à comprendre les processus correspondants dans le cerveau humain.

Bien que Daly collecte toujours des données en laboratoire, il est conscient de ses applications potentielles.

« Bien qu’il s’agisse de recherche fondamentale, à un certain niveau, nous utilisons les données comme modèle pour nous comprendre », a-t-il déclaré.

L’une de ces pistes s’intéresse aux défaillances profondes d’un circuit de décharge corollaire. Le résultat de leur échec est la base neurale des hallucinations sensorielles, comme celles vécues par les patients souffrant de maladies comme Alzheimer et Parkinson, mais aussi de fatigue extrême.

« Tout le financement de la recherche que j’ai obtenu s’est concentré sur la compréhension de la base neurale de la maladie humaine et également sur la base de la performance humaine », a déclaré Daly. « L’Air Force était très intéressée à comprendre ces circuits neuronaux parce qu’ils envoient des gens dans des espaces de combat, et parfois ces gens sont en charge d’armes de plusieurs millions de dollars. Vous ne voulez pas qu’ils fassent des erreurs.

Les pilotes de chasse, par exemple, doivent se coordonner efficacement les uns avec les autres, et ne pas le faire – peut-être en raison de la fatigue – peut être catastrophique.

Pour étudier la décharge corollaire et les neurones d’intérêt des mouches des fruits, Daly et ses collègues utilisent la microscopie à deux photons, qui utilise des lasers infrarouges de haute puissance pour surveiller les parties profondes du cerveau des insectes pendant de longues périodes. Cette technologie est relativement nouvelle pour WVU, et il est à la fois coûteux et difficile de mettre en place un système. Daly a construit quatre microscopes à deux photons avec des subventions du ministère de la Défense et un financement du Bureau des programmes parrainés, la Collège des arts et des sciences Eberly et le Département de biologie. Il l’a fait avec l’intention de construire un centre de formation en recherche de premier cycle, qui ferait plus que de la recherche pure.

« Nous essayons d’avoir un impact plus large en formant des étudiants à utiliser cette technologie », a déclaré Daly, ajoutant que c’est la première installation de ce type où les étudiants de premier cycle peuvent suivre un cours de synthèse qui les formera à cette technologie. Cette formation pourrait mettre les étudiants de WVU en tête pour un programme d’études supérieures ou un programme de formation post-doctorale.

« L’idée est que nous avons mis à la disposition des étudiants une technologie de très haute technologie qui leur donnera un avantage lorsqu’ils chercheront un emploi », a-t-il déclaré. « C’est vraiment unique en son genre dans ce sens. »

-WVU- 

lr/8/9/22

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