Percer le mystère du toucher

Certaines parties du corps – nos mains et nos lèvres, par exemple – sont plus sensibles que d’autres, ce qui en fait des outils essentiels dans notre capacité à discerner les détails les plus complexes du monde qui nous entoure.

Cette capacité est la clé de notre survie, nous permettant de naviguer en toute sécurité dans notre environnement et de comprendre et de réagir rapidement aux nouvelles situations. Il n’est peut-être pas surprenant que le cerveau consacre un espace considérable à ces surfaces cutanées sensibles qui sont spécialisées pour un toucher fin et discriminant et recueillent continuellement des informations détaillées via les neurones sensoriels qui les innervent.

Mais comment la connexion entre les neurones sensoriels et le cerveau donne-t-elle une peau si délicieusement sensible ?

Une nouvelle étude menée par des chercheurs de la Harvard Medical School a dévoilé un mécanisme qui pourrait sous-tendre la plus grande sensibilité de certaines régions de la peau.

La recherche, menée sur des souris et publiée le 11 octobre dans Cell, montre que la surreprésentation des surfaces cutanées sensibles dans le cerveau se développe au début de l’adolescence et peut être localisée au tronc cérébral. De plus, les neurones sensoriels qui peuplent les parties les plus sensibles de la peau et transmettent les informations au tronc cérébral forment des connexions plus nombreuses et plus fortes que les neurones des parties moins sensibles du corps.

« Cette étude fournit une compréhension mécaniste de la raison pour laquelle plus d’espace cérébral est consacré aux surfaces de la peau avec une acuité tactile élevée », a déclaré l’auteur principal David Ginty, professeur de neurobiologie Edward R. et Anne G. Lefler à la Harvard Medical School. « Fondamentalement, c’est un mécanisme qui aide à expliquer pourquoi on a une plus grande acuité sensorielle dans les parties du corps qui en ont besoin. »

Bien que l’étude ait été réalisée sur des souris, la surreprésentation des régions cutanées sensibles dans le cerveau est observée chez les mammifères, ce qui suggère que le mécanisme peut être généralisé à d’autres espèces. D’un point de vue évolutif, les mammifères ont des formes corporelles très variées, ce qui se traduit par une sensibilité dans différentes surfaces de la peau. Par exemple, les humains ont des mains et des lèvres très sensibles, tandis que les porcs explorent le monde à l’aide de museaux très sensibles. Ainsi, Ginty pense que ce mécanisme pourrait fournir la flexibilité de développement à différentes espèces pour développer une sensibilité dans différentes zones.

De plus, les résultats, bien que fondamentaux, pourraient un jour aider à éclairer les anomalies du toucher observées dans certains troubles neurodéveloppementaux chez l’homme.

Les scientifiques savent depuis longtemps que certaines parties du corps sont surreprésentées dans le cerveau, comme le montre la carte sensorielle du cerveau, appelée homoncule somatosensoriel, un schéma des parties du corps humain et des zones correspondantes du cerveau où les signaux de ces parties du corps sont traités. L’illustration frappante comprend des mains et des lèvres surdimensionnées caricaturales. Auparavant, on pensait que la surreprésentation des régions cutanées sensibles dans le cerveau pouvait être attribuée à une densité plus élevée de neurones innervant ces zones cutanées. Cependant, des travaux antérieurs du laboratoire Ginty ont révélé que même si la peau sensible contient plus de neurones, ces neurones supplémentaires ne suffisent pas pour expliquer l’espace cérébral supplémentaire.

« Nous avons remarqué qu’il y avait un nombre plutôt limité de neurones qui innervaient la peau sensible par rapport à ce à quoi nous nous attendions », a déclaré le co-premier auteur Brendan Lehnert, chercheur en neurobiologie, qui a dirigé l’étude avec Céline Santiago, également chercheur au laboratoire Ginty.

« Ça n’allait tout simplement pas », a ajouté Ginty.

Pour étudier cette contradiction, les chercheurs ont mené une série d’expériences sur des souris qui consistaient à imager le cerveau et les neurones alors que les neurones étaient stimulés de différentes manières. Tout d’abord, ils ont examiné comment différentes régions de la peau étaient représentées dans le cerveau tout au long du développement. Au début du développement, la peau sensible et glabre de la patte d’une souris était représentée proportionnellement à la densité des neurones sensoriels. Cependant, entre l’adolescence et l’âge adulte, cette peau sensible est devenue de plus en plus surreprésentée dans le cerveau, même si la densité des neurones est restée stable – un changement qui n’a pas été observé dans la peau des pattes velues et moins sensible.

« Cela nous a immédiatement dit qu’il se passait quelque chose de plus que la simple densité d’innervation des cellules nerveuses de la peau pour expliquer cette surreprésentation dans le cerveau », a déclaré Ginty.

« C’était vraiment inattendu de voir des changements au cours de ces moments de développement postnatal », a ajouté Lehnert. « Ce n’est peut-être qu’un des nombreux changements au cours du développement postnatal qui sont importants pour nous permettre de représenter le monde tactile qui nous entoure et nous aider à acquérir la capacité de manipuler des objets dans le monde à travers la boucle motrice sensorielle dont le toucher est une partie si spéciale de . »

Ensuite, l’équipe a déterminé que le tronc cérébral – la région à la base du cerveau qui relaie les informations des neurones sensoriels vers des régions cérébrales plus sophistiquées et d’ordre supérieur – est l’emplacement où se produit la représentation agrandie des surfaces cutanées sensibles. Cette découverte a conduit les chercheurs à une prise de conscience : la surreprésentation de la peau sensible doit émerger des connexions entre les neurones sensoriels et les neurones du tronc cérébral.

Pour aller encore plus loin, les scientifiques ont comparé les connexions entre les neurones sensoriels et les neurones du tronc cérébral pour différents types de peau de patte. Ils ont constaté que ces connexions entre les neurones étaient plus fortes et plus nombreuses pour les peaux sensibles et glabres que pour les peaux moins sensibles et poilues. Ainsi, a conclu l’équipe, la force et le nombre de connexions entre les neurones jouent un rôle clé dans la surreprésentation de la peau sensible dans le cerveau. Enfin, même lorsque les neurones sensoriels de la peau sensible n’étaient pas stimulés, les souris développaient toujours une représentation élargie dans le cerveau, ce qui suggère que le type de peau, plutôt que la stimulation par le toucher au fil du temps, provoque ces changements cérébraux.

« Nous pensons avoir découvert une composante de ce grossissement qui explique la représentation centrale disproportionnée de l’espace sensoriel. » dit Ginty. « C’est une nouvelle façon de penser à la façon dont ce grossissement se produit. »

Ensuite, les chercheurs veulent étudier comment différentes régions de la peau disent aux neurones qui les innervent d’acquérir différentes propriétés, telles que la formation de connexions plus nombreuses et plus fortes lorsqu’elles innervent la peau sensible. « Quels sont les signaux ? » demanda Ginty. « C’est une grande, grande question mécaniste. »

Et tandis que Lehnert décrit l’étude comme purement motivée par la curiosité, il a noté qu’il existe une classe répandue de troubles neurodéveloppementaux chez l’homme appelés troubles de la coordination du développement qui affectent la connexion entre les récepteurs tactiles et le cerveau – et pourraient donc bénéficier d’une explication plus approfondie de l’interaction. entre les deux.

« C’est l’une des nombreuses études qui, j’espère, exploreront à un niveau mécaniste les changements dans la façon dont le corps est représenté au cours du développement », a déclaré Lehnert. « Céline et moi pensons toutes les deux que cela pourrait conduire, à un moment donné dans le futur, à une meilleure compréhension de certains troubles neurodéveloppementaux. »

Les co-chercheurs comprenaient Erica L. Huey, Alan J. Emanuel, Sophia Renauld, Nusrat Africawala, Ilayda Alkislar, Yang Zheng, Ling Bai, Charalampia Koutsioumpa, Jennifer T. Hong, Alexandra R. Magee, Christopher D. Harvey de la Harvard Medical School .

La recherche a été soutenue par les National Institutes of Health (F32 NS095631-01, F32-NS106807, K99 NS119739, DP1 MH125776, R01 NS089521 et R01 NS97344), une bourse William Randolph Hearst, une bourse Goldenson, une innovation du doyen de la Harvard Medical School Bourse en sciences fondamentales et sociales, et Edward R. et Anne G. Lefler Center for the Study of Neurodegenerative Disorders.