L'approvisionnement énergétique du cerveau et le flux d'informations

Une altération des fonctions neuro-métaboliques est en effet détectée dans de nombreux troubles neurologiques comme la dépression, la maladie d'Alzheimer ou la schizophrénie. Le projet BRAINENERGYCONTROL («Quantifying control of brain energy supply by the neuron-glia-vasculature unit»), financé par l'UE, a étudié les relations pouvant exister entre le flux d'information des circuits neuronaux et les échanges métaboliques entre neurones et cellules gliales. Pour ce faire, les chercheurs ont combiné la modélisation mathématique et l'imagerie in vitro.

L'une de leurs découvertes majeures démontre qu'une transmission efficace de l'information en présence d'interférences au niveau de la synapse nécessite une probabilité de libération faible des neurotransmetteurs à cet endroit. C'est de fait la solution optimale pour maximiser la transmission de l'information en fonction du coût métabolique. Ce résultat explique un phénomène qui n'était pas encore bien compris, le manque de fiabilité des synapses qui ne libèrent les neurotransmetteurs qu'une fois sur quatre après l'arrivée d'un potentiel d'action présynaptique.

De même, des expériences sur des cellules relais du noyau géniculé latéral de rat montrent que l'amplitude des courants postsynaptiques est réglée pour maximiser le rapport entre l'information transmise et la consommation d'énergie post-synaptique. Ces résultats suggèrent ainsi l'existence de mécanismes homéostatiques qui régulent tant la consommation d'énergie que le transfert d'informations au niveau synaptique.

Les travaux de ce projet accroissent également nos connaissances sur la consommation d'énergie du cerveau en analysant la consommation d'ATP (adénosine triphosphate) dans des tâches non dévolues au transfert d'information, tâches qui peuvent représenter jusqu'à 50 % de la consommation d'ATP dans le cerveau. Les chercheurs ont montré que la plus grande partie de cette consommation non dédiée à l'information était utilisée pour le remplacement de l'actine et des microtubules du cytosquelette.

Dans l'ensemble, le projet a ainsi pu nous présenter un modèle des interactions métaboliques de l'ensemble vasculaire des neurones et des glies. Cette modélisation permettra pour la première fois une simulation à grande échelle de la vascularisation neurogliale intégrant les moments d'activation respectifs du métabolisme énergétique et de l'excitabilité neuronale.