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Selon une nouvelle étude menée à l’université de Tel-Aviv les interférences dans l’activité cérébrale à haute fréquence pourrait constituer la cause principale de la maladie d’Alzheimer.
L’étude a été récemment publiée dans la revue Nature neuroscience et a reçu une subvention de deux millions d’euros du Conseil européen pourla Recherche (ERC). D’après les chercheurs, le Dr Ina Slutsky, le Dr. Iftah Dolev et la doctorante Hila fogel, ses résultats permettront de repérer les premières perturbations qui se produisent dans le cerveau des personnes susceptibles d’attraper la maladie des années avant la baisse de leurs capacités cognitives.
La maladie d’Alzheimer, maladie neurodégénérative qui entraîne la perte progressive de la mémoire touchant des millions de personnes dans le monde, est encore incurable. Pour le Dr. Ina Slutsky, chef du groupe de recherche sur la plasticité synaptique de l’école des Neurosciences dela Facultéde Médecine de l’université, les réponses sont à chercher « dans les processus de base qui se déroulent dans le cerveau ».
Alzheimer familial et Alzheimer sporadique
Les chercheurs dans le monde s’est jusqu’à présent concentrés sur l’étude de la maladie d’Alzheimer familiale, maladie génétique rare mais relativement facile à observer qui apparaît vers l’âge de quarante ans. Ils ont réussi à découvrir quelques 150 mutations génétiques provoquant la maladie, concentrées pour la majorité dans deux protéines: la protéine précurseur de l’amyloïde (APP en anglais) à l’origine de la bêta-amyloïde, et la préséniline. Les recherches pour trouver un médicament contre la maladie, se sont jusqu’à présent focalisées sur les moyens de réduire la bêta-amyloïde, et n’ont pas encore obtenu les résultats escomptés.
La forme la plus courante de la maladie d’Alzheimer (99% des cas dans le monde) est l’Alzheimer sporadique, qui apparaît à un âge avancé. Dans le but de trouver la cause de cette forme de la maladie, le Dr. Slutsky a entrepris d’étudier le lien entre l’activité des réseaux nerveux du cerveau et les composants de la bêta-amyloïde.
Elle explique que les molécules bêta-amyloïdes qui se forment dans le cerveau sont de plusieurs tailles. Les courtes (formés de 40 acides aminés) sont les plus courants. Les longues (formées de 42 acides aminés) ont tendance à s’agglomérer pour produire des agrégats et causent la maladie. Dans le cas de l’Alzheimer familial, on connaît les mutations qui perturbent l’équilibre entre les deux sortes d’amyloïdes, créant une majorité d’amyloïdes longs et marquant ainsi le début de la maladie. La question était qu’est-ce qui, dans le cas de l’Alzheimer sporadique, créé le déséquilibre chez des patients non porteurs de mutations dégénératives familiales.
Bêta-amyloïdes courts et longs
Pour trouver la réponse, les chercheurs ont étudié la réaction de la partie du cerveau responsable de la formation des souvenirs, l’hippocampe, à des chocs électriques simulant l’activité électrique qui se déroule dans le cerveau lorsqu’il est soumis à des stimulations extérieures. Il s’avère que les charges courtes à haute fréquence (« burst ») provoquent la production de molécules courtes. De même, il s’est avéré que les synapses – zones de contact entre les neurones qui transmettent l’information d’une cellule à l’autre – qui privilégient la transmission des signaux à haute fréquence font augmenter le nombre des amyloïdes courts par rapport aux longs.
L’étape suivante de la recherche a montré qu’une multiplication de signaux électriques à haute fréquence affecte la structure de la présiline.
Une baisse de la transmission des signaux à haute fréquence au cerveau
« Nous avons montré pour la première fois que des facteurs non-génétiques affectent la structure de la préséniline et la formation de la bêta-amyloïde, résume le Dr Slutsky. En fonction de nos résultats, nous supposons qu’il est possible qu’en vieillissant des changements se produisent dans la structure des signaux et/ou des caractéristiques des synapses qui provoquent la baisse de la transmission vers le cerveau des signaux à haute fréquence ». Cette situation provoque apparemment une baisse des amyloïdes courts par rapport aux longs qui finit par causer les symptômes de la maladie d’Alzheimer. Nous tentons maintenant de vérifier si l’on peut empêcher la dégénérescence de la mémoire en agissant sur les synapses de l’hippocampe ».
Ce projet, explique le Dr. Slutsky, est susceptible de déboucher dans l’avenir sur des recherches appliquées ayant pour but de trouver des moyens de diagnostiquer, de prévenir et de traiter la maladie.
Le Human Brain Project, auquel Israël a pris depuis le début une part importante, a été choisi parla Commission européenne comme l’un des deux projets de recherche qu’elle va financer dans le cadre de son programme FET Flagship (Projet phare européen pour les Technologies nouvelles et émergentes). L’initiative vise à réunir les efforts européens pour fournir une réponse à l’un des grands défis de la science moderne: la compréhension du cerveau humain. Le but du projet est d’intégrer les connaissances sur le cerveau humain dans des domaines aussi divers que les neurosciences, la génétique, les mathématiques appliquées, l’informatique, la robotique ou les sciences sociales afin de concevoir un modèle de simulation du cerveau humain au moyen de superordinateurs. Ce modèle permettra d’atteindre une meilleure compréhension du cerveau et de ses maladies, et aura des conséquences considérables dans le domaine médical, mais aussi pour le développement des technologies innovantes en informatique et en robotique (informatique neuromorphique et robotique neuro-inspirée, interfaces cerveau-machine etc.).
Le projet de simulation du cerveau humain se déroulera sur dix ans (2013-2023) et réunira plus de 80 universités et instituts de recherche en Europe et en Israël. Le budget total doit se monter à 1.19 milliards d’euros. Il sera coordonné par l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), sous la direction du Prof. Henri Markram, spécialiste en neurologie, ancien professeur de l’Institut Weizman, du Prof. Karlheinz Mayer de l’université Heidelberg en Allemagne et du Prof. Richard Frakowiak du Centre hospitalier universitaire Vaudois à Lausanne.
Israël a pris une part importante au projet Human Brain depuis le début, attestant de la place des études israéliennes en neurosciences à la pointe de la recherche mondiale. La partie israélienne du projet est coordonnée par le Prof. Idan Segev de l’université Hébraique, le Prof. Yadin Dodai de l’Institut Weizman, le Prof. Yohav Beniamini et le Dr Mira Marcus-Kalish de l’université de Tel-Aviv. La recherche menée à l’université de Tel-Aviv se concentrera sur le développement d’outils spécifiques d’analyse de l’information minimisant au maximum le taux d’erreur. Ces outils serviront à l’analyse d’une grande variété de paramètres et de données liées au cerveau, permettant la caractérisation et le diagnostique efficace de maladies neurologiques. D’après le Prof. Segev, cette simulation du cerveau permettra d’étudier quelques 560 maladies cérébrales dégénératives dont le Parkinson. L’université de Tel-Aviv proposera également le développement d’un programme d’études dans le cadre de son Ecole de Neurosciences.
Le choix du projet de simulation du cerveau humain comme figure de proue des technologies nouvelles et émergentes en Europe est le résultat d’un travail intensif de plus de trois ans ainsi que d’un long processus de sélection au sein dela Commissioneuropéenne. Le projet démarrera fin 2013.
L’école doctorale des Neurosciences de l’université a accompli un premier pas dans son processus d’intégration à la communauté scientifique internationale avec sa réception comme partenaire dans le réseau universitaire européen des Neurosciences (ENC – European Neuroscience Campus network), regroupant des campus de recherche de tout premier plan en Europe : Amsterdam, Göttingen, Zürich, Berlin et Bordeaux.
Dans une première étape, les étudiants de l’Ecole des Neurosciences de l’université de Tel-Aviv pourront effectuer des travaux de recherche dans chacun des laboratoires appartenant au réseau européen dans le cadre de leur programme d’études. Ils pourront de plus participer à des cours proposés par les universités partenaires, et prendre part à des colloques scientifiques. Certains étudiants de l’Ecole ont déjà été invités à participer à un premier congrès européen organisé dans ce cadre en avril dernier.
Dans un second temps, l’Ecole proposera à des étudiants étrangers participant à ce réseau européen de venir étudier ou réaliser leurs travaux de doctorat dans ses laboratoires, et de participer à des cours en anglais.
Le Prof. Ori Ochri, directeur de l’Ecole doctorale des Neurosciences de l’université espère que cette initiative « favorisera la collaboration scientifique entre les universités et augmentera le nombre de doctorants et post-doctorants étrangers à l’université de Tel-Aviv »
Des chercheurs de l’université de Tel-Aviv ont dirigé un projet international susceptible de changer la conception de la recherche en neurologie
Des chercheurs de l’université de Tel-Aviv ont dirigé un consortium européen de recherche composé de 12 équipes provenant d’institutions scientifiques majeures de six pays différents (Grande-Bretagne, Allemagne, France, Danemark, Suisse et Italie), qui a mis au point en trois ans le premier atlas complet de la microstructure de la substance blanche du cerveau humain.
Surnommé Connect, ce projet, susceptible de bouleverser la conception de la recherche en neurologie au cours des prochaines décades, est basé sur l’emploi de la technologie de l’imagerie par résonance magnétique (IRM), et a bénéficié d’une subvention de 2,5 millions d’euros de l’Union européenne. Ses résultats seront présentés à Paris le 19 octobre.
«Jusqu’à présent, explique le Prof. Yaniv Assaf du département de neurobiologie de l’université de Tel-Aviv, qui a dirigé le projet dont il avait pris l’initiative, la recherche biomédicale dans le domaine de la neurologie se basait sur un « ancien atlas » du cerveau, reposant sur l’examen cervical d’une personne unique, ayant fait don de son corps à la science après sa mort. Le nouvel atlas, présenté en trois dimensions, est basé sur l’examen des cerveaux de 120 sujets vivants et en bonne santé, âgés de 25 à 35 ans». Ce progrès a été possible grâce à l’utilisation de la technologie IRM, qui permet de visualiser une image du cerveau vivant par un processus non invasif. Le procédé technologique avancé de traitement d’image utilisé à permis de fournir des détails avec une précision sans précédent sur le tissu cervical, équivalent à l’examen au microscope de chaque millimètre carré du cerveau.
Le premier apport de l’étude réside dans le fait même qu’elle examine la matière blanche cervicale. « Dans le passé, explique le Prof. Assaf, la plus grande partie de la recherche scientifique en neurologie était centré sur l’étude de la matière grise et des neurones, alors que la matière blanche, qui constitue pourtant la moitié du cerveau, a été ignorée, faute d’instruments de recherche adaptés pour l’examiner».
La substance blanche est l’une des deux catégories principales de tissu du système nerveux central. Elle est essentiellement constituée d’axones (fibres nerveuses) gainées de myéline (substance grasse) qui lui donne son aspect blanchâtre. Alors que la matière grise, composée de neurones (cellules nerveuses) possède un rôle dans le processus cognitif, la substance blanche est responsable de la propagation des informations dans le système nerveux par signaux électriques.
De plus, les chercheurs de l’université de Tel-Aviv suggèrent que les résultats de l’étude pourraient être utilisés dans l’avenir pour caractériser et comprendre les transformations micro-structurelles causées par diverses maladies neuro dégénératives, comme la maladie d’Alzheimer, la maladie de Charcot (SLA) ou la schizophrénie et développer de meilleurs processus diagnostiques de ces maladies. Le projet Connect est de même susceptible d’aider à identifier les premiers signes de maladies neurologiques et psychiatriques chez les personnes jeunes, permettant ainsi de les traiter à leur début.
