Selon une étude menée par Johns Hopkins University School of Medicine publiée dans Neuron, les chercheurs auraient utilisé un outil d'imagerie assistée par laser pour voir ce qui se passe dans les cellules cérébrales de souris apprenant à tendre la main et à saisir une boulette de nourriture. Selon ces derniers, leurs expériences ajoutent à la preuve qu'un tel apprentissage moteur peut se produire dans plusieurs zones du cerveau, même celles qui ne sont généralement pas associées au contrôle moteur.
Les chercheurs soulignent s'être concentrés sur les récepteurs du glutamate de type AMPA, ou AMPAR, des molécules qui aident à envoyer des messages entre les cellules du cerveau appelées neurones. Les AMPAR fonctionnent comme des antennes qui se forment le long de la surface d'un point particulier sur les neurones appelé synapse, où ils reçoivent des signaux moléculaires d'autres neurones.
Pour surveiller et mesurer les niveaux d'AMPAR chez le cerveau des souris, les chercheurs devaient auparavant disséquer l'organe avant et après une expérience d'apprentissage et comparer les différences. Maintenant, ces derniers ont des moyens de visualiser directement le cerveau pendant l'apprentissage, enregistrant des milliers de synapses à la fois.
Lors des nouvelles expériences, les chercheurs ont injecté des AMPAR codant pour l'ADN portant une étiquette fluorescente dans le cerveau des souris et ont utilisé une impulsion électrique pour amener les neurones à absorber l'ADN des AMPAR. Ensuite, avec un outil appelé microscopie à deux photons, les chercheurs ont utilisé un laser, essentiellement un faisceau de lumière intensément focalisé, pour détecter et mesurer la quantité de fluorescence provenant des AMPAR marqués.
Afin de voir à quoi ressemblait l'apprentissage dans les neurones des animaux testés, les chercheurs ont formé des souris pour atteindre et saisir une boulette de nourriture placée juste à l'extérieur de leur cage à l'aide de leurs pattes. Normalement, les souris obtiennent des boulettes avec leur bouche.
Les chercheurs ont constaté une augmentation d'environ 20% de l'activité des AMPAR dans une zone du cerveau connue sous le nom de cortex moteur, connue pour contrôler et déplacer précisément les muscles. Sur les neurones, les AMPAR ressemblent à des lumières sur un arbre de Noël et brillent davantage avec une activité croissante. Mais les expériences ont également montré la même augmentation des niveaux d'activité AMPAR dans le cortex visuel.
En utilisant la lumière infrarouge, que les souris ne pouvaient pas voir, les souris ont finalement appris à saisir avec succès la nourriture, mais il y avait une augmentation plus petite (10%) de l'activité des AMPAR dans le cortex visuel.
Les chercheurs ont répété les expériences en utilisant des modulateurs spécialisés activés par la lumière pour arrêter les neurones dans le cortex moteur ou visuel. Si les souris étaient formées pour obtenir le culot avec les lumières de la pièce allumées, les souris ne pourraient pas terminer la tâche si leur cortex visuel était arrêté
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