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Jul 03, 2023

La respiration organise la synchronisation gamma dans le préfronto

Scientific Reports volume 13, Numéro d'article : 8529 (2023) Citer cet article 1439 Accès à 20 détails sur Altmetric Metrics De multiples opérations cognitives sont associées à l'émergence de gamma

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8529 (2023) Citer cet article

1439 Accès

20 Altmétrique

Détails des métriques

De multiples opérations cognitives sont associées à l’émergence d’oscillations gamma dans le cortex préfrontal médial (mPFC), bien que l’on sache peu de choses sur les mécanismes qui contrôlent ce rythme. En utilisant des enregistrements de potentiel de champ local de chats, nous montrons que des sursauts périodiques de gamma se reproduisent avec une régularité de 1 Hz dans le sillage du mPFC et sont verrouillés sur la phase d'expiration du cycle respiratoire. La respiration organise la cohérence à longue distance dans la bande gamma entre le mPFC et le noyau réuniens le thalamus (Reu), reliant le cortex préfrontal et l'hippocampe. Les enregistrements intracellulaires in vivo du thalamus de souris révèlent que le rythme de la respiration se propage par l'activité synaptique de Reu et est probablement à l'origine de l'émergence de sursauts gamma dans le cortex préfrontal. Nos résultats mettent en évidence la respiration comme un substrat important pour la synchronisation neuronale à longue portée à travers le circuit préfrontal, un réseau clé pour les opérations cognitives.

Le cortex préfrontal (PFC) est un centre anatomique qui intègre les entrées d'un ensemble diversifié de structures corticales et sous-corticales1. Une grande partie de la production du PFC est réciproque1, à l'exception notable des afférences hippocampiques2,3 pour lesquelles aucune projection de rétroaction préfrontale directe n'a été trouvée. Le noyau reuniens (Reu), une structure thalamique médiane, constitue un lien crucial entre le PFC et l'hippocampe, formant un réseau fonctionnel qui assure la médiation de multiples opérations cognitives4,5,6. Une synchronisation précise et interrégionale dans ce réseau est essentielle aux processus de mémoire et est largement facilitée par les oscillations qui émergent au cours de différents états de conscience7,8,9.

Le rythme gamma (30–80 Hz), prédominant dans le cerveau excité10, joue un rôle important dans la physiologie11 et la physiopathologie normale12 du réseau préfrontal. Il a été systématiquement lié à des fonctions de niveau supérieur telles que la conscience13, l'attention14 et la mémoire15,16, ce qui dénote son rôle fondamental dans les fonctions corticales préfrontales11,17. La capacité du gamma à organiser l'activité corticale est étroitement liée à son cycle de 25 ms qui offre une fenêtre optimale pour la co-activation de plusieurs neurones au cours de cycles successifs, facilitant la formation d'assemblages neuronaux locaux18,19.

Il y a eu une accumulation récente de preuves montrant que la respiration est un puissant modulateur de l'activité corticale et hippocampique20,21,22,23,24. Dans le cortex cérébral des rongeurs21,25,26 et du chat27, la respiration module l'amplitude gamma et provoque un rythme cortical (RR) lié à la respiration, qui a tendance à être plus important dans les régions frontales20,21,28. La manière dont la respiration organise la synchronisation gamma dans le réseau préfrontal est inconnue. Il a été démontré que Reu assure la synchronisation gamma à longue portée entre le PFC et l'hippocampe et semble être nécessaire à l'émergence de potentiels lents dans le PFC30, probablement liés à la respiration. Nous avons ainsi émis l'hypothèse que les signaux respiratoires relayés par Reu organisent la synchronisation gamma dans le réseau préfrontal. Compte tenu des changements spectaculaires dans l’excitabilité neuronale et de l’émergence de différents rythmes cérébraux selon les états de vigilance, nous avons en outre émis l’hypothèse que le couplage respiration-gamma est modulé par l’état du cerveau.

Pour étudier la dynamique de la synchronisation gamma dans le réseau préfrontal, nous avons enregistré les potentiels de champ local (LFP) des couches profondes du chat mPFC, du thalamus médian et de l'hippocampe ventral en configuration tête fixe (Fig. S1a et S1b supplémentaires). Les animaux ont traversé des périodes d'éveil calme, de mouvements oculaires non rapides (NREM) et de sommeil paradoxal (REM) au cours de séances de 2 à 4 heures (Fig. S1c et S1d supplémentaires). De plus, nous avons effectué des enregistrements intracellulaires in vivo du thalamus médian et du cortex préfrontal chez des souris anesthésiées (Fig. 4 et Fig. Supplémentaire S4a).