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Nouveau modèle de fonctionnement du cerveau a le potentiel de prévention et de traitement de l'épilepsie

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Un article publié dans Proceedings of the National Academy of Sciences fournit des preuves solides pour un nouveau type de communication entre les cellules nerveuses dans le cerveau. Les résultats peuvent avoir un rapport avec la prévention et le traitement de l'épilepsie, et éventuellement dans les autres aspects de l'exploration des fonctions cérébrales, de la pensée créatrice de maladies mentales comme la schizophrénie.

Les travaux ont été effectués conjointement par des scientifiques à la SUNY Downstate Medical Center, à Brooklyn, New York, Colorado State University à Fort Collins, Colorado; Mount Sinai School of Medicine à Manhattan, New York, et l'Université de Newcastle au Royaume-Uni. L'auteur principal est le Dr Farid Hamzei-Sichani, un MD / PhD étudiant au Downstate Medical Center, travaillant dans le laboratoire de Roger Traub, MD, professeur de physiologie et de pharmacologie et de neurologie à SUNY Downstate.

Epilepsie - un groupe de maladies caractérisées par l'apparition récurrente de crises spontanées - affecte environ un demi de un pour cent de la population américaine, et un pourcentage plus élevé encore dans les pays en développement. Dans environ un tiers des patients, les saisies ne sont pas correctement contrôlée par les traitements disponibles. Des problèmes peuvent survenir dans la capacité des patients à fonctionner à la maison et dans la société.

Les crises épileptiques sont habituellement considérés pour refléter un déséquilibre entre la capacité des cellules nerveuses à exciter les uns les autres, d'une part, et d'inhiber un de l'autre, d'autre part. L'excitation et inhibition avoir lieu parce que l'activité des cellules nerveuses qui conduit à la libération de certains produits chimiques - appelées neurotransmetteurs - au jonctions spécialisées qui sont appelées "synapses chimiques". Les neurotransmetteurs diffuse à travers un petit espace entre les cellules nerveuses, puis se lient à des protéines (appelées «récepteurs») sur d'autres cellules nerveuses. Reliure d'un neurotransmetteur à un récepteur, à son tour, provoque l'excitation ou l'inhibition dans les autres cellules nerveuses.

C'est le «classique» des moyens de communication entre les cellules nerveuses, et se trouve à la base de la plupart des courants compréhension de la façon dont le cerveau traite l'information et le contrôle des muscles dans le corps .* Une saisie est présumé se produire quand il ya trop de produits chimiques synaptiques Excitation, et / ou pas assez d'inhibition.

Cependant, il existe un autre moyen pour les cellules nerveuses de communiquer les uns avec les autres, appelées jonctions lacunaires. Jonctions lacunaires permettent courant électrique directement à partir d'une cellule à une autre, sans faire intervenir la publication et la diffusion de l'émetteur produits chimiques, et peut être considéré comme "court-circuit" lier ou couper à travers le parcours sur lequel les cellules de communiquer normalement.

Jonctions lacunaires sont trouvées dans de nombreuses parties du corps, comme le cœur. Gap jonctions entre les cellules nerveuses ont été les plus étudiés dans âgées vertébrés (comme le poisson) et des invertébrés (comme les sangsues et les crabes); en outre, jonctions lacunaires chez les mammifères ont été étudiées qui existent entre les cellules nerveuses qui produisent de l'inhibition - c'est-à - Entre les cellules qui ne sont pas principalement impliqué dans des crises d'épilepsie. Gap jonctions entre cellules excitatrices dans le cerveau de mammifères n'ont pas toujours été une partie de la réflexion de spécialistes des neurosciences.

Une source de l'idée que les jonctions lacunaires sont d'une importance vitale dans l'épilepsie est venue à partir des observations des ondes cérébrales qui sont enregistrées juste avant que commence une saisie: ces ondes peuvent se produire à très haute fréquence, de 100 fois par seconde, voire plus. Cette observation, et d'autres expériences réalisées en Europe à partir de 10 ans, a conduit l'un des auteurs de l'article PNAS (Roger Traub, à SUNY Downstate) de proposer une nouvelle hypothèse: que les cellules nerveuses excitatrices - les cellules les plus critiques dans la production Des crises d'épilepsie - sont également couplés entre eux par des jonctions gap, c'est-à-jonctions gap ne se limitent pas aux cellules qui produisent de l'inhibition. En outre, le fossé entre les jonctions des cellules excitatrices ont été prédites à se produire à un endroit inattendu: les axones des cellules (l'axone est la partie de la cellule qui permet la propagation d'un signal sur de longues distances).

Une telle hypothèse est naturellement controversée. Les scientifiques voulaient voir ces propositions de jonctions lacunaires. Mais l'écart jonctions sont minuscules, et de les voir nécessite l'utilisation d'un microscope électronique, un instrument capable de résoudre des détails de structure qui sont plus petits que la longueur d'onde de la lumière visible - détails sur l'échelle de dizaines de angströms (un Angstrom est à peu près le Diamètre d'un atome d'hydrogène). Application du microscope électronique à examiner de minuscules structures dans les cellules nerveuses est un intérêt spécial du Dr Patrick Hof de la Mount Sinai School of Medicine, un autre des auteurs PNAS. En outre, dans l'étude des jonctions lacunaires, l'utilisation du microscope électronique est souvent associé à la substance chimique (anticorps) des techniques qui permettent de déterminer quelles protéines sont présentes dans les carrefours. Ces techniques ont été inventée par le Dr John Rash de la Colorado State University, et appliqué par le Dr Naomi Kamasawa dans le laboratoire du Dr Rash: tous deux sont également auteurs de l'article PNAS.

L'article de PNAS Hamzei-Sichani et al. Fournit la première preuve d'électrons microscopiques (ou "ultra" preuves) pour jonctions lacunaires sur les axones des cellules nerveuses excitatrices dans le cerveau des mammifères. Jonctions lacunaires dans ce site, sur les axones, seraient censés agir comme des courts-circuits de signaux nerveux et de produire des «cross-talk». Les nouvelles données soulèvent la question provocatrice de savoir si la diaphonie est un aspect normal de la fonction cérébrale.

Quelles sont les implications pour l'épilepsie "Tout d'abord, il faut aller plus appris sur la distribution des jonctions lacunaires - ce que les cellules nerveuses ont eux, sur les cellules où ils sont situés, et comment sont-ils contrôlés (c'est-à-dire l'écart peut être ouvert ou jonctions Fermées par des signaux chimiques) "Ensuite, il faut aller plus appris sur la façon exacte dont jonctions lacunaires contribuent à la très rapide ondes cérébrales qui peuvent présager d'une saisie. Et enfin, il convient de déterminer si la prévention ou l'atténuation de ces ondes cérébrales très rapide peut prévenir les crises. Comme c'est presque toujours le cas dans le domaine biomédical, chaque découverte crée le besoin pour plus d'expériences.

Ce qui est manifestement le cas, cependant, c'est que toute une nouvelle direction est en train de s'ouvrir dans la compréhension des origines de l'épilepsie, et dans la conception de nouvelles approches pour le traitement et la prévention.

* Le modèle classique de la façon dont les cellules du cerveau de communiquer a été mis en avant en 1943 par Warren McCulloch et Walter Pitts, à l'époque la première calculateurs numériques sont envisagées, et le modèle de McCulloch et Pitts a suggéré que les cellules du cerveau de communiquer dans un mode binaire, représenté par Un "1" à la cuisson et un "0" pour ne pas de tir, un peu comme un ordinateur moderne fonctions.

S'il est commun de dire que le cerveau des mammifères comme les fonctions d'un ordinateur, il s'agit d'une idée quelque peu erronée, en partie parce que l'observation de la Traub laboratoire suggère que les jonctions gap cause "court-circuit" dans le cadre des fonctions normales du cerveau. (Un vrai ordinateur ne pourrait pas fonctionner si elle court-circuiter.) Il est possible que ces courts-circuits dans le cerveau de mammifères généralement améliorer le fonctionnement du cerveau et de l'adaptation à l'environnement, comme le fait d'accepter la pensée créative, la combinaison de faits isolés dans de nouvelles idées.

En outre, le Dr. Jeremy Coplan, professeur de psychiatrie à la SUNY Downstate - a proposé que trop de tirs le long de ces circuits jonctions lacunaires, peuvent jouer un rôle dans la psychose et de manie.

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Article adapté par Medical News Today de l'original du communiqué de presse.
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Dr Traub Allemagne a récemment remporté le prestigieux prix de recherche Humboldt. Il a reçu son A.B. En 1967 en mathématiques de l'Université de Princeton. Il a ensuite fréquenté l'Université de Pennsylvanie, où il a obtenu un MD en 1972. Il a terminé son internat en médecine à l'Université de Pennsylvanie, un an plus tard. En 1981, il a complété sa résidence en neurologie à l'Institut neurologique de New York.

Il est l'auteur de plus de 100 articles. Il est coauteur de deux livres: "Fast Oscillations dans Cortical Circuits avec John GR Jefferys et Miles A. Whittington, MIT press 1999;" Neuronal Networks de l'hippocampe "par Richard Miles, Cambridge University Press, 1991. Il travaille sur un nouveau Livre "Cortical oscillations dans la santé et la maladie avec Miles A. Whittington. Ce livre sera publié l'année prochaine par Oxford University Press. Depuis plus de 30 ans, M. Traub a consacré son œuvre à la recherche d'une nouvelle approche pour traiter et guérir l'épilepsie, une maladie qui touche plus de 1 million de personnes aux États-Unis et des millions d'autres à travers le monde.

John Rash, professeur à l'Université d'État du Colorado dans le Collège de médecine vétérinaire et des sciences biomédicales, est le seul laboratoire au monde qui peut directement visualiser et de l'étiquette de protéines dans les neurones des jonctions lacunaires et de la carte de leur emplacement exact dans le cerveau. En outre, le laboratoire a mis au point un système de cartographie complexe de repérer l'emplacement exact des jonctions lacunaires sur des neurones dans le cerveau. Éruption cutanée et une équipe de chercheurs à l'université, au sein du Département des Sciences biomédicales développé des anticorps à utiliser la technologie afin de cibler et d'attacher microscopiques perles de l'or à la jonction fossé protéines. Très visible sous un microscope électronique, les perles d'or de confirmer la présence des jonctions lacunaires et, simultanément, en précisant, le fossé jonction protéines. Le projet de cartographie est lourd, mais nécessaire, pour identifier les fonctions des neurones et leurs cellules. Les chercheurs consacrent environ 100 heures de cartographie ultra-mince réplique de la section de tissus. La réplique est de la largeur d'une Times Roman 12 points zéro imprimée sur une feuille de papier, mais le papier est 50000 fois plus épaisse que la réplique.

Source: Dr Roger Traub
SUNY Downstate Medical Center

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