Les origines du toucher agréable tracées de la peau au cerveau

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Résumé: Une étude révèle un circuit neuronal peau-cerveau qui répond aux formes enrichissantes de contact social. Les chercheurs affirment que les résultats pourraient fournir un moyen d’exploiter le pouvoir du toucher pour aider à traiter les troubles sociaux et émotionnels.

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Source: Université de Colombie

La touche rassurante d’un parent. L’étreinte chaleureuse d’un ami. L’étreinte séduisante d’un amoureux. Ce sont parmi les joies tactiles de nos vies.

Aujourd’hui, des scientifiques de l’Institut Zuckerman de Columbia et de deux institutions partenaires rapportent des points de départ jusqu’alors non identifiés dans les voies neurobiologiques sous-jacentes au toucher social agréable, sexuel et autrement gratifiant. Plus particulièrement, dans leurs études sur la souris, ils ont pour la première fois découvert une voie complète qui commence par des neurones de la peau qui réagissent à des caresses douces et se dirigent jusqu’aux centres de plaisir du cerveau.

Cette recherche a été publiée aujourd’hui dans Cellule.

Les résultats indiquent également des thérapies basées sur le toucher pour soulager l’anxiété, le stress et la dépression, ont déclaré les chercheurs. De plus, de telles thérapies peuvent être prometteuses pour les personnes atteintes d’autisme et d’autres conditions qui peuvent rendre insupportable même le toucher tendre.

“Dès le début, ce projet était écrit à haut risque / haute récompense”, a déclaré Ishmail Abdus-Saboor, PhD, chercheur principal à l’Institut Zuckerman de Columbia et auteur correspondant de l’article. “Nous avons juste continué à suivre les données là où elles nous ont menés.”

Les scientifiques savent depuis longtemps que la peau comporte des cellules sensorielles tactiles – des composants clés du système nerveux périphérique – qui nous permettent de discerner différentes textures et températures, ainsi que des variétés de stimuli mécaniques agréables et douloureux.

“Nous n’étions pas sûrs que cette image du contact social était tout à fait juste”, a déclaré le Dr Abdus-Saboor, qui est également professeur adjoint de sciences biologiques à Columbia. “Nous avons entrepris de tester s’il pourrait y avoir des neurones tactiles spécifiquement réglés pour récompenser le toucher.”

Il y avait eu des allusions à cette possibilité de la part de chercheurs de Caltech, qui ont étudié une classe de cellules sensorielles, appelées cellules Mrgprb4 d’après un récepteur dans leurs membranes. Les scientifiques ont découvert que ces cellules réagissaient aux coups légers.

La nouvelle recherche en Cellule est l’aboutissement d’une trajectoire de quatre ans de travail collaboratif impliquant près de 20 scientifiques (12 du laboratoire Abdus-Saboor, dont le premier auteur) de trois institutions pour examiner de plus près ces cellules.

La clé de l’étude était une technique puissante appelée optogénétique dans laquelle des types de cellules individuelles sont conçues afin qu’elles puissent être activées lorsque les chercheurs font briller des couleurs de lumière spécifiques sur elles. La technique est particulièrement adaptée pour démêler les fonctions de populations spécifiques de cellules.

Les chercheurs ont commencé leur exploration à l’automne 2018 à l’Université de Pennsylvanie, lorsque le Dr Abdus-Saboor y était membre du corps professoral pour étudier les neurosciences de la douleur.

C’est alors qu’alors étudiant diplômé Léa Elias puis le technicien de laboratoire William Foster (maintenant étudiant diplômé de Columbia dans le programme de neurobiologie et comportement et premier auteur sur le Cellule papier) a fait une observation surprenante.

“Nous avons vu qu’en activant cette population sous-étudiée de cellules sensorielles tactiles dans le dos de la souris, les animaux abaisseraient leur dos et adopteraient cette posture de dorsiflexion”, a déclaré le Dr Elias. Dans le monde des rongeurs, une telle posture est une signature clé de la réceptivité sexuelle, qui nécessite normalement les attentions physiques d’une souris prétendante.

« C’était très étrange. Nous ne savions pas quoi en penser », a déclaré le Dr Elias, maintenant boursier postdoctoral à l’Université Johns Hopkins à Baltimore.

Au cœur de cette piste intrigante se trouvait une lignée de souris que l’équipe a génétiquement modifiées pour que les cellules tactiles Mrgprb4 des animaux se déclenchent lorsqu’elles sont éclairées par une lumière bleue. Ces types de cellules tactiles n’avaient auparavant été liées à aucun comportement social spécifique, mais lorsque le Dr Elias et Foster ont activé ces cellules en faisant briller la lumière bleue sur les souris, le duo pouvait à peine croire les réponses de dorsiflexion qu’ils voyaient.

Les données vidéo à haute vitesse du comportement étaient sans équivoque. Et plus tard, l’équipe de recherche, dirigée par un étudiant diplômé Mélanie Schaffler, ont observé ces mêmes souris se rendre volontairement au même endroit de la chambre de recherche où les animaux avaient été précédemment éclairés. Cela indiquait que les animaux avaient ressenti le déclenchement des cellules sensorielles Mrgprb4 dans leur dos comme une récompense.

“C’était le premier exemple documenté qu’un comportement spécifique pourrait être généré ou soutenu par ces neurones Mrgprb4”, a déclaré le Dr Abdus-Saboor.

Alors que la dorsiflexion était fascinante et indiquait un rôle potentiel pour ces cellules dans la détection du toucher sexuel, les chercheurs avaient besoin de preuves directes qu’elles médiaient le toucher lors de rencontres sociales naturelles.

Mais la pandémie est intervenue et a ralenti le rythme de la recherche. Il est devenu si difficile de faire avancer la recherche qu’au milieu de 2020, l’équipe a envisagé d’abandonner complètement le projet.

À la 11e heure, cependant, le Dr Elias, travaillant avec Isabelle Succi, alors technicien du laboratoire de Penn (maintenant étudiant diplômé à Columbia dans le programme de sciences biologiques), a mené une expérience cruciale. À l’aide de techniques génétiques, ils ont éliminé les cellules Mrgprb4. Cela a permis aux scientifiques de voir si l’absence de ces cellules dans les circuits tactiles affectait la réponse sexuelle des souris à la stimulation tactile.

“La réceptivité sexuelle vient de chuter”, a déclaré le Dr Elias. “Nous savions alors avec certitude que ces cellules étaient importantes pour le contact social dans les rencontres naturelles.”

Aussi croustillants que soient ces résultats, les nouvelles données ont conduit à une question de recherche convaincante mais décourageante : comment ces cellules périphériques se lient-elles aux circuits neuronaux en aval via la moelle épinière, puis plus centralement dans le cerveau ?

Répondre à cette question, a noté le Dr Abdus-Saboor, nécessitait des techniques en dehors de la timonerie du laboratoire, qui se trouvait dans le système nerveux périphérique. À cette fin, le Dr Elias a exprimé le souhait que le laboratoire adopte la photométrie par fibre, une technique qui leur permettrait de voir les neurones de récompense dans le cerveau « s’allumer » à des stimuli agréables.

Au cours des mois suivants, et avec l’aide cruciale de Succi, le Dr Elias a pu montrer que l’activation des cellules Mrgprb4 provoquait en effet le déclenchement des neurones dans le noyau accumbens, l’un des centres de récompense connus du cerveau.

Mais une question cruciale demeure : comment ce signal est-il passé de la peau au cerveau ?

Alors que l’équipe grandissante entreprenait cette recherche à multiples facettes en 2020, une étude dirigée par Harvard a rapporté une pièce révélatrice du puzzle du toucher agréable. Dans leurs études sur les cellules de la moelle épinière impliquées dans le toucher, appelées cellules GPR83, ce groupe de recherche a tracé des liens neurone à neurone dans les deux sens : centralement dans le tronc cérébral et périphériquement à la même classe de cellules Mrgprb4 que l’équipe du Dr Abdus-Saboor. avait montré qu’il détectait et relayait les stimuli tactiles gratifiants.

“Cela nous a permis de comprendre que ces neurones GPR83 sont probablement un conduit reliant la peau jusqu’au cerveau”, a déclaré le Dr Abdus-Saboor.

Avec des expériences supplémentaires – en collaboration avec le Laboratoire de l’Université Rutgers de Victoria AbrairaPhD – l’équipe a réussi à suivre les circuits du toucher peau-cerveau plus loin et plus en détail qu’auparavant.

Les neurones qui se projettent vers la zone tegmentale ventrale (en bleu) – une région du cerveau associée au plaisir et à la récompense – reçoivent, à leur tour, des projections des neurones de la moelle épinière (en rouge) qui reçoivent eux-mêmes une entrée tactile, révélant un contact direct entre la peau et la récompense. -Circuit cérébral pour un toucher agréable chez la souris. Crédit : Abdus-Saboor Lab/Institut Zuckerman​​​​​​​

Une découverte majeure est que les neurones du tronc cérébral étudiés par l’équipe dirigée par Harvard sont liés à des endroits encore plus profonds du cerveau, la zone tegmentale ventrale ainsi que le noyau accumbens. C’était une connexion essentielle à observer car les deux zones du cerveau étaient déjà connues pour être associées à l’expérience de la récompense et du plaisir.

Le Dr Abdus-Saboor souligne que les gens ont des cellules cutanées sensorielles, appelées afférences C-tactiles, qui présentent une certaine similitude avec les cellules Mrgprb4 chez la souris. Les humains ont également des neurones de la moelle épinière et du cerveau qui correspondent aux circuits tactiles que l’équipe du Dr Abdus-Saboor et les neuroscientifiques ont découverts.

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Ces similitudes ouvrent la voie à des applications biomédicales potentielles, a déclaré le Dr Elias. Il pourrait devenir possible, par exemple, de développer des techniques ciblées en périphérie pour traiter le stress, l’anxiété ou la dépression, que ce soit par des thérapies tactiles ou même de nouveaux médicaments appliqués directement sur la peau.

“Un symptôme cardinal pour de nombreuses personnes atteintes d’autisme est qu’elles n’aiment pas être touchées”, a ajouté le Dr Abdus-Saboor. “Cela soulève la question de savoir si la voie que nous avons identifiée pourrait être modifiée afin que les gens puissent bénéficier d’un toucher qui devrait être gratifiant plutôt qu’aversif.”

“La pandémie nous a tous fait prendre conscience à quel point le manque de contacts sociaux et physiques peut être dévastateur”, a déclaré le Dr Elias.

«Je pense au déclin mental des personnes âgées dans les maisons de retraite qui ne pouvaient pas avoir de contact typique avec les visiteurs. Je pense à quel point le contact physique entre les parents et leurs nouveau-nés et jeunes enfants est nécessaire au bon développement cognitif et social. Nous ne comprenons pas encore comment ces types de toucher transmettent leurs avantages, qu’ils soient extrêmement agréables ou favorisent le bien-être mental à long terme. C’est pourquoi ce travail est si essentiel.

Le financement: Les sources de financement et de soutien comprennent l’Université de Pennsylvanie, l’Université Columbia, l’Université Rutgers, les National Institutes of Health (y compris le NINDS), la Fondation Rita Allen, le Pew Charitable Trust, la Brain Research Foundation, la Fondation Alfred P. Sloan et la Fondation Whitehall.

À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences sensorielles

Auteur: Ivan Amato
Source: Université de Colombie
Contacter: Ivan Amato – Université Columbia
Image: L’image est créditée à Abdus-Saboor Lab/Institut Zuckerman​​​​​​​

Recherche originale : Libre accès.
“Neurones tactiles sous-jacents au toucher agréable dopaminergique et à la réceptivité sexuelle” par Ishmail Abdus-Saboor et al. Cellule


Résumé

Neurones tactiles sous-jacents au toucher agréable dopaminergique et à la réceptivité sexuelle

Points forts

  • L’activation des neurones tactiles de la lignée Mrgprb4 induit une posture de type lordose
  • L’activation des neurones tactiles de la lignée Mrgprb4 est gratifiante
  • Les neurones tactiles de la lignée Mrgprb4 sont nécessaires à la réceptivité sexuelle féminine
  • Les neurones tactiles de la lignée Mrgprb4 engagent les neurones dopaminergiques pendant le comportement social

Résumé

Le toucher agréable est primordial lors des comportements sociaux, y compris les rencontres sexuelles. Cependant, l’identité et le rôle précis des neurones sensoriels qui transduisent le toucher sexuel restent inconnus. Une population de neurones sensoriels marqués par l’expression développementale du récepteur couplé aux protéines G Mrgprb4 détecte la stimulation mécanique chez la souris.

Ici, nous étudions la pertinence sociale des neurones de la lignée Mrgprb4 et révélons que ces neurones sont nécessaires à la réceptivité sexuelle et suffisants pour induire la libération de dopamine dans le cerveau.

Même dans l’isolement social, la stimulation optogénétique des neurones de la lignée Mrgprb4 à travers la peau du dos est suffisante pour induire une préférence de place conditionnée et une dorsiflexion frappante ressemblant à la posture copulatrice lordotique.

En l’absence de neurones de la lignée Mrgprb4, les souris femelles ne trouvent plus les montures mâles gratifiantes : la réceptivité sexuelle est supplantée par l’agressivité et une baisse simultanée de la libération de dopamine dans le noyau accumbens.

Ensemble, ces découvertes établissent que les neurones de la lignée Mrgprb4 initient un circuit peau-cerveau codant la qualité gratifiante du toucher social.

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