La taille des pupilles est régulée par l’Orexin, pas par les hormones de stress

résumé: Les chercheurs ont découvert que le neurotransmetteur Orexin, et non l’hormone du stress noradrénaline, régule la taille de la pupille, ce qui remet en question la compréhension préalable. Les neurones à orexine influencent la taille de la pupille en réponse aux états émotionnels et au stress mental, et pas seulement à l’exposition à la lumière.

Les résultats établissent un lien entre l’activité de l’orexine et plusieurs affections neurologiques, notamment la narcolepsie et la maladie d’Alzheimer, offrant de nouvelles possibilités de diagnostic. Cette recherche peut également éclairer notre compréhension de la régulation de la conscience et de l’attention.

Faits marquants:

1. Les neurones à orexine, et non la noradrénaline, sont principalement responsables de la régulation de la taille de la pupille, défiant les croyances scientifiques de longue date.
2. Les chercheurs ont découvert une relation dose-dépendante entre l’activité des neurones d’orexine et le diamètre de la pupille, fournissant un moyen direct de mesurer l’activité d’orexine.
3. Ces découvertes relient l’orexine à plusieurs affections neurologiques telles que la maladie d’Alzheimer, la narcolepsie, les accidents vasculaires cérébraux et le syndrome de Prader-Willi, simplifiant et améliorant potentiellement les méthodes de diagnostic.

source: ETH Zurich

La façon dont le cerveau régule la taille de la pupille est différente de ce que l’on pensait auparavant : le neurotransmetteur Orexin est principalement responsable, ont maintenant expliqué des chercheurs de l’ETH Zurich.

Cette découverte pourrait changer notre compréhension de la conscience et des maladies telles que la narcolepsie et la maladie d’Alzheimer.

«L’effet était si puissant que nous savions tout de suite que nous étions en train de préparer quelque chose d’important», se souvient Nicola Groetsch, chercheuse postdoctorale au Laboratoire de dynamique neurocomportementale de l’ETH Zurich.

Grâce à une série d’expériences préliminaires sur des souris, il a étudié ce qu’on appelle les neurones à orexine, l’un des principaux domaines de recherche du laboratoire. Il a remarqué que la stimulation des neurones provoquait une dilatation importante des pupilles des souris.

« Souvent, les effets de la neurostimulation se perdent dans le bruit des données de mesure, que nous devons ensuite filtrer minutieusement pour les trouver. Cette fois, c’était différent. L’effet était clairement visible », dit-il.

Décrits pour la première fois en 1998, les neurones à orexine s’étendent de l’hypothalamus à toutes les autres régions du cerveau, y compris celles qui contrôlent la conscience et les fonctions autonomes. Ces neurones sont impliqués dans la régulation du basculement entre le sommeil et l’éveil, la durée d’attention, le système de récompense, l’appétit et la dépense énergétique, entre autres.

Nécessaire à l’état normal de l’élève

Comme l’ont montré les mesures de Grujic, les neurones à orexine influencent directement une propriété centrale de l’état émotionnel d’un individu : non seulement les stimuli lumineux font changer la taille des pupilles, mais aussi le stress mental et les impressions émotionnelles.

Considérées à juste titre dans le langage familier comme des fenêtres sur l’âme, les pupilles sont couramment utilisées dans les examens médicaux et psychologiques : la taille de la pupille peut fournir une mesure de l’attention et d’autres fonctions inconsciemment contrôlées d’un organisme.

Jusqu’à présent, le principal déterminant de la taille de la pupille avec la lumière était la noradrénaline – mieux connue sous le nom d’hormone du stress – et son système récepteur.

Mais maintenant, les chercheurs de l’ETH ont montré que ce rôle devrait plutôt être attribué au neurotransmetteur Orexin et à son système récepteur.

En fait, les neurones à noradrénaline ne peuvent pas maintenir un état pupillaire normal sans les neurones à orexine. Si le système d’orexine est désactivé, les pupilles restent très resserrées.

« Essentiellement, les neurones à noradrénaline sont esclaves des neurones à orexine », explique le professeur de l’ETH Denis Burdakov, dans une description délicieuse de cette relation de dépendance.

Association narcolepsie

Dans leurs expériences, les chercheurs ont également établi un lien dose-dépendant entre l’activité neuronale et le diamètre de la pupille. « Les élèves nous montrent précisément à quel point les neurones à orexine de l’hypothalamus sont actifs », explique Burdakov.

En plus de fournir aux chercheurs sur le cerveau une nouvelle façon de mesurer l’activité de l’orexine, cela ouvre de nouvelles voies de traitement médical. Il existe une relation de longue date entre le trouble de la régulation de l’orexine et la narcolepsie.

Cependant, on a récemment observé qu’il était associé à d’autres affections neurologiques telles que la maladie d’Alzheimer, les accidents vasculaires cérébraux et le syndrome génétique de Prader-Willi.

Dans cette dernière condition, un dysfonctionnement du diencéphale, ou cerveau interne – où se trouve l’hypothalamus – entraîne de graves symptômes physiques, cognitifs et métaboliques.

Ces quatre conditions ont une composante de trouble du sommeil. À l’avenir, dit Burdakov, l’examen de la taille de la pupille pourrait aider à rechercher plus précisément l’effet de l’orexine sur ces conditions – et peut-être même simplifier et améliorer le diagnostic. Actuellement, le diagnostic de narcolepsie nécessite toujours une ponction lombaire, qui est une procédure invasive.

Réglementation de la sensibilisation ouverte

En tant que neuroscientifique, Grotsch considère sa découverte comme la clé d’une meilleure compréhension de la façon dont les fonctions de base de notre conscience sont régulées.

« Équilibrer la concentration sur des choses familières, permettre à nos pensées de vagabonder et explorer le monde qui nous entoure est un élément clé de notre capacité à nous adapter à de nouvelles situations », dit-il.

La prévalence et l’éventail des troubles du déficit de l’attention diagnostiqués aujourd’hui montrent à quel point il peut être difficile de maintenir cet équilibre, dit Grotich.

L’orexine est l’un des nombreux systèmes neurorégulateurs (d’autres incluent la noradrénaline et la sérotonine) qui régulent cet équilibre. Ces systèmes font pencher la balance dans un sens ou dans l’autre selon les besoins de l’organisme.

Au début de l’évolution humaine, par exemple, les chasseurs-cueilleurs affamés devaient errer à la recherche d’une source de nourriture. S’ils sont récompensés en repérant quelque chose qu’ils mangent, ils doivent alors se concentrer sur leur environnement afin de pouvoir espionner plus de nourriture.

Et lorsque les premiers humains furent enfin satisfaits, ils purent concentrer leur attention sur la satisfaction de leurs autres besoins.

Plusieurs sous-ensembles de neurones pour des fonctions spécifiques

Dans leur étude des neurones à orexine, le groupe de recherche de Burdakov a pu identifier des sous-groupes impliqués dans diverses fonctions neuronales et donc dans différentes composantes de cette homéostasie.

À l’aide d’un type spécial de microscopie à fluorescence, les scientifiques ont observé la réponse de neurones individuels à l’orexine chez la souris et l’ont comparée aux fluctuations de la taille de la pupille. Ils ont utilisé un microscope à deux photons, qui permet de surveiller les activités de cellules individuelles dans le cerveau.

Les chercheurs ont découvert des neurones dont l’activité était corrélée positivement à la taille des pupilles de l’œil – et donc au niveau d’éveil de la souris – et dont l’activité était corrélée négativement.

Ils ont également rencontré certaines cellules qui affectaient la taille de la pupille et répondaient aux récompenses, ainsi que d’autres qui étaient associées à un seul des deux facteurs.

Candidat à un niveau supérieur d’organisation

L’identification de ces sous-ensembles spécialisés au sein des neurones à orexine fournit un premier aperçu de la manière dont ils sont câblés pour soutenir les fonctions centrales de notre conscience.

De plus, Grujic dit que l’effet de l’orexine sur une gamme d’états comportementaux différents – de l’attention, du sommeil, de la commutation, de l’éveil et de la recherche de récompense à l’appétit et à la dépense énergétique – en fait un candidat de choix pour une régulation de niveau supérieur.

Les découvertes des chercheurs de l’ETH ouvrent la porte à de nombreuses voies d’investigation scientifique liées à l’identification de sous-ensembles supplémentaires de neurones et à la manière dont ils interagissent – entre eux et avec les systèmes de sérotonine et de noradrénaline.

Les chercheurs émettent l’hypothèse que répondre à de telles questions ne mènera pas seulement à une compréhension plus détaillée de la façon dont nos fonctions vitales sont régulées.

Ils anticipent également des avantages dans le diagnostic et le traitement des troubles de l’attention et du sommeil et des affections apparentées. Et comme le suggèrent les exemples de la maladie d’Alzheimer et des accidents vasculaires cérébraux, ces avantages peuvent être plus importants qu’ils ne le paraissent à première vue.

À propos de cette recherche dans Neuroscience News

auteur: Daniel Merhans
source: ETH Zurich
communication: Daniel Meierhans – ETH Zurich
image: Image créditée à Neuroscience News

Recherche originale : libre accès.
« Le contrôle de la taille de la pupille et son codage par les neurones hypothalamiques à orexineÉcrit par Grujic N et al. Neurosciences naturelles

un résumé

Le contrôle de la taille de la pupille et son codage par les neurones hypothalamiques à orexine

Les neurones cérébraux à orexine (hypocrétine) sont impliqués dans la commutation veille-sommeil et la recherche de récompenses, mais leurs rôles dans la dynamique de l’éveil rapide et de la perception des récompenses ne sont pas clairs.

Ici, la stimulation, la suppression et les enregistrements in vivo spécifiques aux cellules ont révélé de solides liens corrélatifs et causals entre la dilatation de la pupille – un marqueur de l’excitation quantique – et l’activité cellulaire de l’orexine.

Le codage de l’excitation et de la récompense a été distribué dans les cellules d’orexine, ce qui suggère qu’elles sont spécialisées pour des connexions rapides et multiples à des états momentanés d’excitation et de récompense.