Des scientifiques de l’Université hébraïque de Jérusalem ont utilisé la technique de coloration de Nissi vieille de 140 ans pour révéler les voies des fibres dans la substance blanche du cerveau. Ils ont découvert que les cellules gliales (de colle) auparavant ignorées sont disposées en rangées courtes qui s’alignent avec les cellules nerveuses. Cette recherche aidera à l’étude des maladies du cerveau.

Le cerveau humain est un bourdonnement constant d’activité, avec ses 86 milliards de cellules nerveuses (neurones) envoyant des signaux électriques d’une région du cerveau à une autre. Les signaux voyagent le long des fibres de matière blanche, un labyrinthe de fibres filiformes, donnant finalement lieu à toutes les fonctions cérébrales. Découvrir ces autoroutes filiformes entre les neurones est un défi de longue date pour les neurosciences. Les méthodes existantes pour cartographier ces circuits neuronaux au niveau cellulaire sont soit limitées à des études animales, soit nécessitent un équipement hautement spécialisé pour l’acquisition et le traitement des données.

Récemment, une nouvelle approche pour cartographier et visualiser ces fibres nerveuses a été développée par le professeur Aviv Mezer et le Dr Roey Schurr, neuroscientifiques au Centre Edmond et Lily Safra des sciences du cerveau (ELSC) de l’Université hébraïque de Jérusalem (HUJI). Ils ont utilisé une technique qui existe depuis près de 140 ans, mais qui n’a jamais été utilisée pour étudier l’architecture des fibres de la substance blanche du cerveau. Leurs découvertes ont été publiées dans la prestigieuse revue Science.

Les neurones eux-mêmes ont longtemps été étudiés à l’aide de la coloration violette de Nissl, une coloration inventée par l’étudiant en médecine allemand Franz Nissl dans les années 1880. Son utilisation dans la coloration des neurones a révolutionné notre compréhension du cortex – la couche grise externe du cerveau. Cependant, l’équipe de l’Université hébraïque est la première à utiliser des tranches de cerveau colorées au Nissl pour révéler les voies des fibres dans la substance blanche.

La substance blanche est principalement constituée de fibres nerveuses et d’un groupe de cellules appelées glies. Ces cellules gliales, jusqu’à très récemment, étaient largement ignorées et considérées comme des remplisseurs d’espace plutôt sans importance dans le cerveau – en fait, leur nom « glie » vient du grec ancien, qui signifie « colle ». Lorsque Schurr a rejoint le laboratoire de Mezer en tant qu’étudiant au doctorat, il a décidé de regarder quelques photos de tissus cérébraux colorés par Nissl. « C’était juste de la curiosité », se souvient Schurr, « les manuels sont pleins d’illustrations, mais je voulais comprendre à quoi ressemblait réellement la matière blanche du cerveau. » À la surprise de Schurr, il remarqua que les cellules gliales formaient un motif de rangées courtes. De plus, les rangées gliales semblaient s’aligner avec les fibres nerveuses locales. « Nous avons fait une revue approfondie de la littérature et trouvé un article de 1992 qui décrivait déjà cette organisation des cellules gliales », a partagé Schurr,

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D’autres recherches ont pris le relais, mais récemment Schurr est revenu à l’observation inhabituelle qu’il avait faite. Les chercheurs ont réalisé qu’en utilisant des outils de calcul simples du domaine du traitement d’images, ils pouvaient capitaliser sur l’organisation cellulaire à motifs pour découvrir l’architecture de la matière blanche. « J’ai été étonné lorsque nous avons appliqué cette technique pour la première fois à une tranche de cerveau colorée au Nissl », a déclaré le professeur Mezer. « Dans les images colorées au Nissl, la matière blanche a un faible aspect homogène. L’application de certains outils de calcul a soudainement fait apparaître une carte colorée représentant la fine architecture des fibres de matière blanche, qui y était cachée depuis le début. Nous l’avons immédiatement reconnu comme une pièce importante du puzzle que les scientifiques recherchaient dans l’étude de la matière blanche. »

Cette technique, appelée par les chercheurs de l’Université hébraïque le Nissl-ST (« Tenseur de structure basé sur Nissl »), peut être appliquée à la substance blanche dans toutes les tranches de cerveau qui ont subi une coloration Nissl. Étant donné que la coloration de Nissl est la coloration la plus couramment utilisée en science du cerveau, on en trouve une grande partie dans le monde entier, y compris des ensembles de données numérisées et des atlas open source de tranches de cerveau colorées à haute résolution.

« L’application de Nissl-ST », a conclu Mezer, « a un grand potentiel pour de futures études de la substance blanche dans le développement normal du cerveau, le vieillissement et les états pathologiques qui affectent la substance blanche, tels que la neurodégénérescence et la schizophrénie. »

CITATION : Roey Schurr, Aviv A. Mezer, Le cadre glial révèle l’architecture des fibres de matière blanche dans les cerveaux humains et primates. Sciences (2021). http://science.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.abj7690

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FINANCEMENT : Israel Science Foundation, Jerusalem Brain Community.

Le Centre Edmond et Lily Safra pour les sciences du cerveau (ELSC) de l’Université hébraïque révolutionne la recherche en neurosciences. ELSC vise à développer une interface florissante entre la théorie et les expériences à tous les niveaux – neurosciences cognitives, biologiques et computationnelles, ouvrant la voie à des découvertes innovantes dans la recherche sur le cerveau.