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Les scientifiques de l’Université de Jérusalem ont-ils réussi à percer les complexités du cerveau autiste ?
Des chercheurs identifient le système génétique perturbé du cerveau autiste.
L’autisme est essentiellement lié à la génétique, mais les efforts menés jusqu’à présent pour identifier les gènes responsables ont eu des résultats mitigés. En effet, l’autisme est influencé par de nombreux gènes différents, or différents gènes sont impliqués pour chaque individu, ce qui rend difficile de trouver un terrain génétique commun entre les patients.
Désormais, les recherches menées à l’Université de Jérusalem ont démontré que malgré ce fait, les différents gènes responsables de l’autisme ont tendance à être impliqués dans des processus spécifiques du cerveau. Ceci permet d’expliquer, d’une part, les similitudes dans les symptômes comportementaux des autistes, mais aussi le large spectre de comportements observés chez les autistes.
La recherche de l’Université de Jérusalem, menée par le Dr Sagiv Shifman et son étudiant doctorant Eyal Ben-David du Département de Génétique à l’Institut Alexander Silberman des Sciences de la Vie, pourrait permettre le diagnostic précoce ainsi que le traitement de l’autisme. L’étude a été récemment publiée dans la revue PLoS Genetics (http://www.plosgenetics.org/doi/pgen.1002556).
Les troubles du spectre autistique sont des syndromes neurologiques caractérisés par des difficultés à sociabiliser, des troubles du langage et des comportements répétitifs. Des études récentes indiquent que l’autisme est beaucoup plus fréquent qu’on ne l’avait supposé, avec un taux de prévalence pouvant atteindre jusqu’à 1% de la population dans certaines régions.
Mutations et variations génétiques de l’autisme
L’objectif principal du projet de l’Université de Jérusalem était de tester l’apport de rares mutations génétiques, ainsi que les variations génétiques communes à une population, et de voir si ces différents types de facteurs de risque génétiques sont liés. Au lieu de tester des gènes individuels, les chercheurs ont choisi d’étudier un ensemble de gènes, dans une tentative de comprendre les cheminements généraux impliqués dans l’autisme.
Ainsi, les scientifiques ont construit un réseau basé sur le modèle d’expression de gènes entre différentes régions du cerveau. Cela leur a permis de découvrir des groupes de gènes ayant une fonction partagée dans le cerveau. Ensuite, sur la base de données génétiques provenant d’enfants autistes issus de milliers de familles, les chercheurs ont étudié la contribution des différents groupes de gènes à l’autisme.
Résultats du projet
À leur grande surprise, ils ont découvert – en regardant les mutations trouvées dans l’autisme ainsi que les milliers de variantes génétiques communes les plus fréquemment observées chez les autistes – que ces mutations et variations sont situées dans des groupes fonctionnels spécifiques.
Lorsque l’on étudie les familles dont seul un membre est touché par l’autisme (cas sporadiques), et les familles au sein desquelles plus d’une personne est touchée (cas multiplex), dans les deux cas, les mêmes variantes ont été observées. Ces groupes de gènes sont très actifs dans la première année de vie, et sont impliqués dans les processus d’apprentissage, la mémoire et la perception sensorielle.
Les scientifiques de l’Université de Jérusalem pensent que leurs travaux pourraient à l’avenir ouvrir la voie à des analyses génétiques de grande échelle qui permettront un diagnostic précoce de l’autisme. En outre, les résultats de leur étude donnent l’espoir qu’en se concentrant sur des groupes spécifiques de gènes, il sera un jour possible de concevoir des médicaments qui pourront soulager les symptômes des autistes aux origines génétiques variées.
Les recherches dirigées par le Professeur Léon Deouell permettent de distinguer les rôles de la conscience et du subconscient dans le traitement de l’information
Qu’est-ce qui distingue le traitement conscient de l’information du traitement inconscient? La conscience a-t-elle un rôle dans le traitement de l’information, ou est-elle seulement un sous-produit comme la vapeur de la cheminée d’une locomotive, qui est importante mais sans rôle fonctionnel ?
Ces questions, qui ont longtemps intrigué les psychologues, les philosophes et les neurobiologistes, ont été récemment abordées dans une étude réalisée par des chercheurs de l’Université de Jérusalem et publiée dans la revue Psychological Science.
Images normales et inhabituelles pour tester l’inconscient
L’étude a été dirigée par le Professeur Léon Deouell du Centre Edmond et Lily Safra pour le cerveau (ELSC) de l’Université de Jérusalem et du Département de Psychologie et le Professeur Dominique Lamy du Département de Psychologie de l’Université de Tel-Aviv ; les travaux de recherche ont été menés par des étudiants Liad Mudirk, étudiant à l’Université de Tel-Aviv en collaboration avec Breska Assaf, étudiant à l’Université de Jérusalem.
Nous ne sommes pas conscients de la plupart des entrées arrivant à nos systèmes sensoriels. Cependant, subjectivement, la prise de conscience domine notre activité mentale. «Une des théories dominantes en sciences cognitives et en psychologie postule qu’une partie de l’information perçue sans prise de conscience peut être traitée dans une certaine mesure», explique le Professeur Deouell. « Cependant, lier les différentes parties d’une entrée complexe en quelque chose de significatif et cohérent nécessite la prise de conscience ».
Pour tester cette théorie, l’équipe de recherche a mené une étude dans laquelle ils présentent aux participants des photos de scènes naturelles, montrant une action humaine, comme une image de joueurs de basket sautant pour atteindre un ballon.
Puis on montre aux participants les mêmes scènes dans lesquelles l’objet central est remplacé par un autre objet peu probable. Par exemple le ballon de basket a été remplacé par une pastèque.
Les participants ont vu les images à travers un stéréoscope à miroir, dispositif simple permettant de présenter les images à un seul œil. Simultanément, l’autre œil a reçu des motifs colorés scintillant rapidement et attirant de ce fait l’attention ; cela afin que les participants ne soient pas conscients pendant plusieurs secondes de ce qui était présenté à leur autre œil. Les chercheurs ont ainsi mesuré le temps nécessaire pour que des scènes normales ou inhabituelles l’emportent sur les motifs scintillants et arrivent à la conscience.
Résultats de l’étude
« Nous avons constaté que les participants ont pris conscience des scènes inhabituelles plus rapidement que des scènes habituelles », commente L. Deouell. « La conclusion est que, avant même que les participants soient conscients de l’existence de l’image, les relations sémantiques entre les parties de la scène ont été interprétées ».
L’étude montre que, à contrario de théories précédentes, l’intégration peut se réaliser sans prise de conscience. Quand et pourquoi alors avons-nous besoin de la prise de conscience?
Les résultats de cette recherche suggèrent que lorsque les résultats de l’intégration entre les différentes parties de la stimulation sont incompatibles avec les attentes ou les connaissances antérieures, la conscience est nécessaire afin de rendre compte de l’énigme. Ainsi, l’étude élargit le domaine des processus inconscients, mais montre que la conscience n’est pas un luxe : elle nous permet de faire face aux situations nouvelles et inattendues.
Une approche innovante des chercheurs de l’UHJ permet de détecter la susceptibilité au diabète
Des recherches menées à l’Université de Jérusalem ont mis en évidence, pour la première fois, des facteurs de risque moléculaires conduisant au diabète de type 2. Permettant une « alerte précoce », ces travaux pourraient ouvrir la voie à de nouveaux traitements pour cette maladie ainsi que pour d’autres pathologies.
Les recherches moléculaires approfondies n’avaient pas encore permis de comprendre la différence de sensibilité entre individus aux maladies. Un excellent exemple en est le diabète de type 2 (DT2), trouble très répandu chez l’homme.
Qu’est-ce qui caractérise la susceptibilité de développer cette maladie ? On a souvent émis l’hypothèse que des variations épigénétiques (petites marques moléculaires superposées à la structure de l’ADN) modifieraient une telle prédisposition sans toutefois en apporter la preuve.
La méthylation de l’ADN plutôt que les variations de la séquence d’ADN
Une équipe de recherche dirigée par le Docteur Asaf Hellman de l’Institut de Recherche Médicale Israël-Canada de l’Université de Jérusalem a développé un nouveau modèle et a analysé la contribution des variations épigénétiques au développement de la maladie sur des centaines de patients et de sujets témoins. La recherche a été présentée lors d’une conférence scientifique au Genomic Center de l’Université de Cambridge et récemment publiée dans la revue Human Molecular Genetics.
Choisissant des méthodes innovantes, l’équipe de recherche de l’Université de Jérusalem a décidé de cartographier les variations de la méthylation de l’ADN plutôt que les variations de la séquence d’ADN, comme cela était pratiqué auparavant. Afin de prouver son hypothèse, l’équipe a entrepris une étude sur 1169 patients diabétiques de type 2 et des sujets non diabétiques. Les résultats ont démontré la pertinence de cette approche inédite en révélant clairement une prédisposition nette à la maladie liée à une certaine méthylation de l’ADN. C’est la première fois qu’on rapporte un facteur de risque épigénétique pour le diabète de type 2.
La méthylation de l’ADN est un mécanisme naturel utilisé pour réguler les gènes et protéger l’ADN de certains types de clivage. C’est l’un des processus de régulation de type épigénétique, dans lequel une altération de l’expression des gènes se produit sans changement dans la séquence nucléotidique de l’ADN. Des défauts dans ce processus peuvent entraîner plusieurs types de maladies affectant les humains.
La méthode utilisée par Hellman a été développée lorsqu’il était post-docteur à la Harvard University Medical School. Gidon Tperoff et Dvir Aran, ses étudiants à l’Université de Jérusalem, ont amélioré cette méthode pour pouvoir effectuer une large cartographie du génome.
La cartographie a été réalisée sur les sites de méthylation en coopération avec le Professeur Benjamin Glaser, directeur du Département d’Endocrinologie et du Métabolisme à la Hadassah Medical School de l’Université de Jérusalem et chercheur de tout premier plan dans le domaine de la génétique du DT2 ; ainsi qu’avec d’autres chercheurs importants, comme les Professeurs Jeremy Kark et Yechiel Friedlander du Braun-Hadassah School of Public Health and Community Medecine de l’Université de Jérusalem, le professeur Julio Wainstein du Wolfson Medical Center et le Professeur Ephrat Levy-Lahad du Shaare Zedek Medical Center.
Résultats de la cartographie
Cette analyse a révélé, pour la première fois, une signature épigénétique claire du DT2 et a mis en évidence des indications de signature de méthylation sur l’ADN avant même l’apparition des manifestations cliniques du diabète, chez des individus jeunes qui ont développé plus tard un métabolisme défectueux du glucose.
Ces résultats apportent un éclairage nouveau sur le mécanisme de prédisposition individuelle au DT2 et ouvrent la voie à l’élucidation de mécanismes similaires pour plusieurs maladies présentant des désordres métaboliques, des maladies auto-immunes et psychiatriques.
Étant donné que les marques épigénétiques sont sensibles à un large éventail d’éléments environnementaux comme les régimes alimentaires, l’exposition aux produits chimiques, l’environnement intra-utérin et les médicaments, cette recherche peut ouvrir la voie au développement de nouvelles préventions et /ou à des thérapies épigénétiques.
« Voir grâce au son » une nouvelle avancée pour les aveugles
Des scientifiques de l’Université de Jérusalem ont branché des dispositifs de substitution sensorielle (SSD) sur le cortex visuel de personnes aveugles de naissance et leur ont ainsi permis de «voir» et même de décrire des objets.
Les SSD sont des aides sensorielles non-invasives qui fournissent des informations visuelles à un aveugle en utilisant ses sens existants. Dans un cadre clinique ou au quotidien, les porteurs d’une SSD visuelle-auditive portent une caméra vidéo miniature reliée à un petit ordinateur (ou à téléphone intelligent) et un casque stéréo. Les images sont converties par un algorithme en «paysages sonores» permettant à l’utilisateur d’écouter et d’interpréter en informations visuelles ce qui provient de la caméra.
Il est remarquable de constater que les utilisateurs ayant eu une formation spécifique (mais relativement brève) dans le cadre d’un protocole de recherche du laboratoire du Docteur Amir Amedi (Edmond et Lily Safra Center for Brain Sciences et de l’Institut de recherche Médicale Israël-Canada à l’Université de Jérusalem) sont capables d’utiliser des SSD pour identifier des objets complexes du quotidien, localiser des personnes et leurs postures, et lire des lettres et des mots.
En plus des opportunités cliniques offertes par les SSD, leur utilisation conjointe à celle de l’imagerie par résonance magnétique ouvre une opportunité unique d’étudier l’organisation du cortex visuel d’individus aveugles de naissance.
Les deux voies parallèles du traitement visuel
Les résultats de l’étude menée dans le laboratoire d’Amir Amedi, publiés récemment dans la revue Cerebral Cortex, sont surprenants. Non seulement les sons, qui représentent la vision, peuvent activer le cortex visuel de personnes qui n’ont jamais vu auparavant, mais aussi ils le font d’une manière organisée conforme à l’organisation à grande échelle et à la différentiation du traitement visuel en deux voies.
En effet, depuis trois décennies, il est reconnu que le traitement visuel utilise deux voies parallèles. La voie ventrale occipito-temporale ou «voie ventrale » du « quoi » est liée au traitement visuel de la forme, de l’identité des objets et des couleurs. La voie dorsale occipito-pariétale ou «voie dorsale» du « où / comment », analyse les informations visio-spatiales sur l’emplacement de l’objet et contribue à la planification visio-motrice.
Bien que le traitement dissocié en deux voies soit complètement validé, le rôle de l’expérience visuelle dans l’élaboration de cette architecture fonctionnelle du cerveau n’était pas encore éclairci. « Est-ce que ce principe d’organisation à grande échelle dépend de l’expérience visuelle fondamentale ? » restait une question.
Le traitement du cerveau par tache plus que sensoriel
En utilisant la substitution sensorielle, les scientifiques de l’Université de Jérusalem, dirigés par le Docteur Amedi et son doctorant Ella Striem-Amit, ont constaté que, dans le cortex visuel des aveugles, le traitement des sons véhiculant une information visuelle pertinente se fait avec une spécialisation dorsale / ventrale semblable à celle des voyants ; par exemple, lorsqu’une personne aveugle est invitée à identifier l’emplacement ou la forme d’une «image SSD », elles active respectivement une zone de la voie dorsale ou une zone de la voie ventrale.
Cela démontre que cette organisation en deux voies du système visuel peut se développer, au moins dans une certaine mesure, sans expérience visuelle, suggérant que cette spécialisation n’est pas du tout de nature visuelle.
Des recherches récentes du laboratoire d’Amedi et d’autres groupes de recherche ont démontré que plusieurs zones du cerveau ne sont pas spécifiques à l’information d’entrée (vision, audition ou le toucher), mais plutôt à la tâche ou au calcul qu’elles accomplissent et qui peut se réaliser avec diverses modalités.
L’extension de ces résultats à la division à grande échelle travail du système visuel apporte une information cruciale pour postuler que le cerveau, dans son ensemble, pourrait être spécifique à la tâche plutôt que dépendant d’une entrée sensorielle spécifique. « Le cerveau n’est pas une machine sensorielle, même s’il le paraît souvent, c’est une machine organisée par tâche« , résume Amedi.
Ces résultats suggèrent que, même dans le cas d’une cécité permanente, le cerveau d’une personne aveugle peut potentiellement être « réveillé » au traitement visuel par la réadaptation visuelle en utilisant des avancées médicales comme les prothèses rétiniennes, disent les chercheurs. Un résumé de ces idées a été publié récemment dans Current Opinion in Neurology par Lior Reich et Shachar Maidenbaum, tous deux chercheurs au laboratoire du Docteur Amir Amedi.
Vision, lecture et cerveau
Selon une nouvelle étude conjointe de chercheurs de l’Université de Jérusalem et de chercheurs français, la région du cerveau utilisée pour la lecture ne requiert pas que le sujet possède la vision.
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