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J’ai découvert la flexibilité cognitive : la clé de la connectivité neuronale pour s’adapter au changement

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J’ai découvert la flexibilité cognitive : la clé de la connectivité neuronale pour s’adapter au changement

résumé: Une découverte récente a identifié un type spécifique de connexion neuronale dans le cortex préfrontal qui est responsable de la mise à jour de notre compréhension du monde et de ses règles.

La connexion, constituée de neurones inhibiteurs, communique avec des neurones situés plus loin dans l’hémisphère opposé du cortex préfrontal. Le rôle de cette connexion a été exploré à l’aide d’un test adepte avec des rats, dans lequel il a été démontré que des rats incapables de s’adapter au changement avaient perturbé les connexions neuronales inhibitrices à longue distance.

Cette découverte contribue à notre compréhension de la fonction cérébrale et pourrait aider à étudier des conditions telles que la schizophrénie, le trouble bipolaire ou le trouble du spectre autistique, dans lesquelles les patients ont du mal à s’adapter au changement.

Faits marquants:

  1. L’étude a découvert un type spécifique de connexion neuronale dans le cortex préfrontal, composé de neurones inhibiteurs, qui met à jour notre perception du monde et de ses règles.
  2. Ces neurones inhibiteurs communiquent avec des neurones situés plus loin de lui, dans l’hémisphère opposé du cortex préfrontal.
  3. Lorsque ces connexions neuronales inhibitrices à longue distance ont été interrompues chez les souris, les souris ont été incapables de s’adapter aux changements, suggérant des effets possibles de troubles psychiatriques tels que la schizophrénie, le trouble bipolaire et les troubles du spectre autistique.

source: Institut du Cerveau de Paris

Pour s’adapter aux changements perçus de notre environnement, le cerveau met constamment à jour l’activité des circuits neuronaux du cortex préfrontal, une zone impliquée dans l’attention, l’anticipation et la prise de décision.

Mais jusqu’à présent, les chercheurs ignoraient les mécanismes responsables de ces adaptations, essentielles pour la survie des rongeurs, des primates et des humains.

Cette nouvelle connexion est constituée de neurones inhibiteurs, une classe de neurones capables d’inhiber l’activité d’autres neurones. Crédit : Neuroscience News

« En étudiant cette capacité remarquable, nous avons trouvé un type spécifique de connexion neuronale dans le cortex préfrontal qui aide à mettre à jour notre représentation du monde – et, plus important encore, ses règles », explique Kathleen Chu, chercheuse dans l’équipe Cortical Microcircuits à l’université. Institut du Cerveau à Paris..

« Grâce à cela, nous ne persévérons pas avec des stratégies inappropriées pour atteindre un objectif. C’est comme écrire du vieux code encore et encore pour ouvrir la porte. »

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Cette nouvelle connexion est constituée de neurones inhibiteurs, une classe de neurones capables d’inhiber l’activité d’autres neurones. Les chercheurs pensent que ces neurones inhibiteurs transmettent des informations électriques et chimiques aux régions de leur voisinage immédiat. Mais en explorant son fonctionnement chez la souris, Kathleen Chu et ses collègues de l’Université de Californie ont fait une découverte importante.

« Nous avons remarqué qu’une sous-classe de neurones inhibiteurs, les interneurones exprimant la parvalbumine, peut communiquer avec des neurones situés très loin de lui, dans l’hémisphère opposé du cortex préfrontal », précise le chercheur.

Les secrets des relations à distance

Pour mieux comprendre la fonction exacte de ces neurones internes, l’équipe a observé leur activité chez la souris lors d’un test adroit. Les chercheurs ont donné aux animaux des bols dans lesquels la nourriture était cachée.

Initialement, la présence d’ail ou de sable dans le récipient indique l’emplacement exact de la prime. Ensuite, cet indice a été remplacé par un autre, forçant les rats à identifier et exploiter la nouvelle règle de découverte de nourriture.

Cependant, lorsque les fameuses synapses inhibitrices à longue distance ont été désactivées dans un groupe de rongeurs via une technique optogénétique, elles se sont révélées incapables de s’adapter au changement.

Ils continuent à se nourrir partout où ils découvrent du sable ou l’odeur de l’ail. D’une manière ou d’une autre, les souris étaient coincées dans leurs vieilles habitudes…

Les chercheurs ont également montré que les connexions inhibitrices à longue distance synchronisent les différences d’activité électrique des neurones à haute fréquence – les oscillations gamma – entre les hémisphères du cortex préfrontal.

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« Cette synchronisation était associée à un événement précis : le moment où les souris se sont rendu compte que la règle n’était plus valide », explique Zhou.

Étonnamment, les effets de cette synchronisation persistent dans le temps. Les souris chez lesquelles les interneurones exprimant la parvalbumine ont été perturbés sont restées incapables d’intégrer les nouvelles bases pendant plusieurs jours.

Par la suite, une stimulation artificielle de la synchronisation gamma a compensé ce déficit et a entièrement restauré ses capacités d’adaptation.

Léger manque d’élasticité

Des recherches antérieures ont montré une mauvaise synchronisation des ondes gamma dans le cortex préfrontal, et des anomalies des neurones inhibiteurs se retrouvent chez de nombreux patients atteints de schizophrénie. Cette maladie mentale entraîne une grande difficulté à s’adapter au changement – un symptôme également observé dans le trouble bipolaire ou le trouble du spectre autistique.

D’autres études seront nécessaires pour déterminer le rôle que des connexions neuronales inhibitrices dysfonctionnelles peuvent jouer dans ces maladies.

Le chercheur ajoute : « Nous ne savons pas précisément quelles cellules du cortex préfrontal reçoivent des informations via ces connexions à longue distance. Nous ne connaissons pas non plus les mécanismes moléculaires impliqués dans les changements à long terme de l’activité neuronale. »

Répondre à ces questions peut nous aider à comprendre les circonstances dans lesquelles le cerveau renonce à détenir certaines informations en toutes circonstances… et ouvre la porte au renouveau.

À propos de cette recherche dans Neuroscience News

auteur: Marie Simon
source: Institut du Cerveau de Paris
communication: Marie Simon – Institut du Cerveau de Paris
image: Image créditée à Neuroscience News

Recherche originale : libre accès.
« L’inhibition à longue portée synchronise et met à jour l’activité des tâches préfrontalesPar Kathleen Chu et al. nature


un résumé

L’inhibition à longue portée synchronise et met à jour l’activité des tâches préfrontales

Les changements dans les modèles d’activité au sein du cortex préfrontal médian permettent aux rongeurs, aux primates non humains et aux humains de mettre à jour leur comportement pour s’adapter aux changements de l’environnement, par exemple lors de tâches cognitives.

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Les neurones inhibiteurs exprimant la parvalbumine dans le cortex préfrontal médian sont importants pour l’apprentissage de nouvelles stratégies lors d’une tâche de changement de règle, mais les interactions de circuit déplaçant la dynamique du réseau préfrontal du maintien à la mise à jour des modèles d’activité liés à la tâche restent inconnues. Nous décrivons ici un mécanisme reliant les neurones exprimant la parvalbumine, une nouvelle connectivité inhibitrice au thalamus et des changements dans les représentations des tâches.

Bien que l’inhibition non spécifique de toutes les projections du corps calleux n’empêche pas les rats d’apprendre les changements de bases ou de perturber le développement des modèles d’activité, l’inhibition des seules projections du corps calleux des neurones exprimant la parvalbumine altère l’apprentissage en modifiant la base, en supprimant la synchronisation de l’activité de fréquence gamma essentielle pour l’apprentissage et Il empêche la réorganisation des modèles d’activité préfrontale qui accompagnent généralement l’apprentissage pour changer les règles.

Cette dissociation révèle comment les projections exprimant le corps calleux font passer le mode de fonctionnement des circuits préfrontaux de la maintenance à la mise à jour en conférant une synchronisation gamma et en ouvrant la capacité d’autres entrées calleuses à maintenir des représentations neuronales prédéterminées.

Ainsi, les projections du corps calleux qui découlent des neurones exprimant la parvalbumine représentent un site de circuit clé pour comprendre et corriger les déficiences de la plasticité comportementale et de la synchronisation gamma qui ont été impliquées dans la schizophrénie et les affections apparentées.

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Le framework CUISINES pour les projets de comparaison de modèles exoplanétaires, version 1.0

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Le framework CUISINES pour les projets de comparaison de modèles exoplanétaires, version 1.0

Illustration de la conception expérimentale générale du CREME exoMIP (Tsigaridis et al. en préparation), comme exemple de la façon dont l’exoMIP peut être structuré pour permettre une large participation communautaire. — Ph.EP astronomique

Alors que le télescope spatial James Webb commence à renvoyer des observations, il est plus important que jamais que les modèles climatiques exoplanétaires soient capables de prédire de manière cohérente et correcte l’observabilité des exoplanètes, de récupérer leurs données et d’interpréter les environnements planétaires à partir de ces données.

Les comparaisons entre modèles jouent un rôle crucial dans ce contexte, surtout à l’heure où peu de données sont disponibles pour valider les prédictions des modèles. Le groupe de travail CUISINES du Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) de la NASA soutient une approche systématique pour évaluer les performances des modèles d’exoplanètes et fournit ici un cadre pour mener des projets d’intercomparaison de modèles d’exoplanètes organisés par la communauté (exoMIP).

Le cadre CUISINES adapte spécifiquement les pratiques de la communauté climatique terrestre pour répondre aux besoins des chercheurs exoplanétaires, y compris une gamme de types de modèles, de cibles planétaires et d’études spatiales paramétriques. Son objectif est d’aider les chercheurs à travailler collectivement, équitablement et ouvertement pour atteindre des objectifs communs.

Le cadre CUISINES repose sur cinq principes : 1) Définir à l’avance la ou les questions de recherche que exoMIP vise à aborder. 2) Créer une conception pilote qui maximise la participation de la communauté et en faire la publicité largement. 3) Planifiez un calendrier de projet qui permet à tous les membres d’exoMIP de participer pleinement. 4) Créer des produits de données à partir des résultats du modèle pour une comparaison directe avec les observations. 5) Créez un plan de gestion des données applicable aujourd’hui et évolutif à l’avenir.

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Au cours des premières années de son existence, CUISINES fournit déjà un soutien logistique à 10 exoMIP et continuera à organiser des ateliers annuels pour approfondir les commentaires de la communauté et présenter de nouvelles idées d’exoMIP.

Linda E. Sohl, Thomas J. Fuchez, Sean Domagal-Goldman, Duncan A. Christie, Russell Detrick, Jacob Haque-Misra, C.E. Harman, Nicholas Iero, Nathan J. Mayne, Costas Tsigarides, Geronimo L. Villanueva, Ambre V. Jeune, Guillaume Chaverot

Commentaires : 14 pages, deux numéros
Sujets : Astrophysique terrestre et planétaire (astro-ph.EP) ; Instruments et méthodes astrophysiques (astro-ph.IM)
Citer comme : arXiv:2406.09275 [astro-ph.EP] (ou arXiv :2406.09275v1 [astro-ph.EP] pour cette version)
Date de soumission
Qui : Linda Suhl
[v1] Jeudi 13 juin 2024, 16:14:22 UTC (903 Ko)
https://arxiv.org/abs/2406.09275
Astrobiologie

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Ingénieur – Des « mégaclusters » de satellites pourraient mettre en péril la reconstitution du trou d’ozone

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Ingénieur – Des « mégaclusters » de satellites pourraient mettre en péril la reconstitution du trou d’ozone

Le Protocole de Montréal de 1987 a réglementé avec succès les CFC nocifs pour la couche d’ozone afin de protéger la couche d’ozone, réduisant ainsi le trou d’ozone au-dessus de l’Antarctique, et une reprise est attendue dans les 50 prochaines années.

Cependant, de nouvelles recherches de Université de Californie du Sud Ecole d’Ingénieurs de Viterbi Il a montré que ces oxydes ont été multipliés par huit entre 2016 et 2022 et continueront de s’accumuler à mesure que le nombre de satellites en orbite terrestre basse (LEO) augmentera, mettant ainsi la couche d’ozone en danger dans les décennies à venir.

Les chercheurs ont expliqué que sur 8 100 objets en orbite terrestre basse, 6 000 sont des satellites Starlink lancés au cours des dernières années et que la demande d’une couverture Internet mondiale entraîne une augmentation rapide du lancement d’essaims de petits satellites de communication.

SpaceX est le leader de ce projet, avec l’autorisation de lancer 12 000 satellites Starlink supplémentaires et jusqu’à 42 000 satellites prévus. Amazon et d’autres sociétés dans le monde envisagent également de créer des constellations allant de 3 000 à 13 000 satellites, ajoutent les auteurs de l’étude.

Les satellites Internet ont une durée de vie d’environ cinq ans seulement, les entreprises doivent donc lancer des satellites de remplacement pour maintenir le service Internet, ce qui poursuit un cycle d’obsolescence programmée et de contamination imprévue, ont indiqué les chercheurs.

Les oxydes d’aluminium déclenchent des réactions chimiques qui détruisent l’ozone stratosphérique, qui protège la Terre des rayons ultraviolets. Les oxydes ne réagissent pas chimiquement avec les molécules d’ozone, mais conduisent plutôt à des réactions destructrices entre l’ozone et le chlore, conduisant à l’appauvrissement de la couche d’ozone.

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Étant donné que les oxydes d’aluminium ne sont pas consommés dans ces réactions chimiques, ils peuvent continuer à détruire molécule après molécule d’ozone pendant des décennies à mesure qu’ils dérivent dans la stratosphère, ont indiqué les chercheurs.

« Ce n’est que ces dernières années que les gens ont commencé à penser que cela pourrait devenir un problème », a déclaré Joseph Wang, chercheur en astronautique à l’Université de Californie du Sud et auteur correspondant de l’étude, dans un communiqué. « Nous avons été l’une des premières équipes à considérer les implications de ces faits. »

Puisqu’il est impossible de collecter des données sur des engins spatiaux en feu, des études antérieures ont utilisé des analyses de micrométéorites pour estimer la contamination potentielle. Cependant, les chercheurs ont indiqué que les micrométéorites contiennent très peu d’aluminium, un métal qui représente 15 à 40 % de la masse de la plupart des satellites. Ces estimations ne s’appliquent donc pas bien aux nouveaux satellites.

Au lieu de cela, les chercheurs ont modélisé la composition chimique et les liaisons au sein des matériaux satellites lors de leurs interactions aux niveaux moléculaire et atomique. Les résultats ont permis aux chercheurs de comprendre comment la matière change avec différents apports d’énergie.

L’étude a été financée par NASAIl a été constaté qu’en 2022, la rentrée des satellites a augmenté la quantité d’aluminium dans l’atmosphère de 29,5 % au-dessus des niveaux normaux.

La modélisation a montré qu’un satellite typique de 250 kg avec 30 pour cent de sa masse d’aluminium générerait environ 30 kg de nanoparticules d’oxyde d’aluminium (taille de 1 à 100 nanomètres) lors de la rentrée. La plupart de ces particules sont générées dans la mésosphère, entre 50 et 85 kilomètres (30 à 50 miles) au-dessus de la surface de la Terre.

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L’équipe a ensuite calculé que, en fonction de la taille des particules, il faudrait jusqu’à 30 ans pour que les oxydes d’aluminium dérivent jusqu’aux hauteurs stratosphériques, où se trouvent 90 % de l’ozone troposphérique.

Les chercheurs estiment qu’au moment où les constellations de satellites actuellement prévues seront achevées, 912 tonnes d’aluminium tomberont sur Terre chaque année. Cela libérerait environ 360 tonnes d’oxydes d’aluminium par an dans l’atmosphère, soit une augmentation de 646 % par rapport aux niveaux naturels.

L’étude a été publiée dans la revue en libre accès AGU Lettres de recherche géophysiqueentièrement lisible ici.

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Des chercheurs de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau terrestre perdait de la vitesse.

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Des chercheurs de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau terrestre perdait de la vitesse.

Le noyau interne a commencé à ralentir vers 2010, se déplaçant plus lentement que la surface de la Terre. Crédit : Université de Californie du Sud

Une nouvelle étude fournit des preuves claires que le noyau interne de la Terre a commencé à ralentir vers 2010.

Université de Californie du Sud Les scientifiques ont découvert que le noyau interne de la Terre ralentit par rapport à la surface de la planète, un phénomène qui a commencé vers 2010 après des décennies de tendance inverse. Ce changement majeur a été révélé par l’analyse de données sismiques détaillées provenant de tremblements de terre et d’essais nucléaires. La décélération est affectée par la dynamique du noyau externe liquide environnant et par l’attraction gravitationnelle du manteau terrestre, ce qui peut légèrement affecter la rotation de la Terre.

Dynamique du noyau interne

Des scientifiques de l’Université de Californie du Sud ont prouvé que le noyau interne de la Terre reculait – ralentissait – par rapport à la surface de la planète, comme le montre une nouvelle étude publiée le 12 juin dans la revue nature.

La communauté scientifique débat depuis longtemps du mouvement du noyau interne, certaines études suggérant qu’il tourne plus vite que la surface de la Terre. Cependant, des recherches récentes de l’Université de Californie du Sud montrent de manière concluante qu’à partir de 2010 environ, le noyau interne a ralenti et se déplace désormais à un rythme plus lent que la surface de la planète.

« Quand j’ai vu pour la première fois les sismogrammes qui faisaient allusion à ce changement, j’ai été mystifié », a déclaré John Vidal, professeur de géosciences au doyen de l’USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences. « Mais lorsque nous avons trouvé vingt autres observations pointant vers le même schéma, la conclusion était inévitable. Le noyau interne avait ralenti pour la première fois depuis plusieurs décennies. D’autres scientifiques ont récemment plaidé en faveur de modèles similaires et différents, mais notre dernière étude fournit la solution la plus convaincante. »

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Déclin et ralentissement relatifs

Le noyau interne est dans un état d’inversion et de rétraction par rapport à la surface de la planète car il se déplace légèrement plus lentement au lieu de plus vite que le manteau terrestre pour la première fois depuis environ 40 ans. Par rapport à sa vitesse des décennies précédentes, le noyau interne ralentit.

Le noyau interne est une boule solide de fer et de nickel entourée d’un noyau externe de fer et de nickel liquides. D’environ la taille de la Lune, le noyau interne se trouve à plus de 3 000 milles sous nos pieds et présente un défi pour les chercheurs : il ne peut être ni visité ni vu. Les scientifiques doivent utiliser les ondes sismiques des tremblements de terre pour créer des visualisations du mouvement du noyau interne.

Une nouvelle approche de l’approche itérative

Vidal et Wei Wang, de l’Académie chinoise des sciences, ont utilisé des formes d’onde et des tremblements de terre répétés, contrairement à d’autres recherches. Les tremblements de terre répétés sont des événements sismiques qui se produisent au même endroit pour produire des sismogrammes identiques.

Dans cette étude, les chercheurs ont compilé et analysé les données sismiques enregistrées autour des îles Sandwich du Sud à partir de 121 tremblements de terre répétés survenus entre 1991 et 2023. Ils ont également utilisé les données de deux essais nucléaires soviétiques entre 1971 et 1974, ainsi que des essais répétés français et américains. Expériences nucléaires issues d’autres études du noyau interne.

Vidal a déclaré que le ralentissement de la vitesse du noyau interne était causé par le balancement du noyau externe de fer liquide qui l’entoure, qui génère le champ magnétique terrestre, en plus des forces gravitationnelles des zones denses du manteau rocheux sus-jacent.

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Impact sur la surface de la Terre

Les effets de ce changement dans le mouvement du noyau interne de la surface terrestre ne peuvent que faire l’objet de spéculations. Vidal a déclaré que le retrait du noyau interne pourrait modifier la durée d’une journée de quelques fractions de seconde : « Il est très difficile de remarquer que, de l’ordre d’un millième de seconde, il se perd presque dans le bruit des océans. et l’ambiance. »

Les futures recherches menées par les scientifiques de l’USC espèrent tracer plus en détail le chemin du noyau interne afin de révéler exactement pourquoi il change.

« La danse intérieure du cœur est peut-être plus vibrante que ce que nous connaissons jusqu’à présent », a déclaré Vidal.

Référence : « Inner Core Retraction by Seismic Waveform Reflections » par Wei Wang, Jun E. Fidel, Guanying Pang, Keith D. Cooper et Ruyan Wang, 12 juin 2024, nature.
est ce que je: 10.1038/s41586-024-07536-4

Outre Vidal, les autres auteurs de l’étude comprennent Ruian Wang de l’Université de Californie du Sud Dornsife, Wei Wang de l’Académie chinoise des sciences, Guanying Pang de l’Université Cornell et Keith Cooper de l’Université de l’Utah.

Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation (EAR-2041892) et l’Institut de géologie et de géophysique de l’Académie chinoise des sciences (IGGCAS-201904 et IGGCAS-202204).

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