147. NEUROSCIENCES & PSYCHOLOGIE.

Une étude soutien que la douleur et l'anxiété ont un impact sur la respiration au niveau cellulaire

Résumé : Les neurones centraux du noyau parabrachial latéral se projettent vers l'amygdale, une zone du cerveau associée à la peur et au traitement émotionnel de la douleur. Les neurones dans la coquille se projettent dans le complexe pré-Bötzinger, une région qui génère le rythme respiratoire. Les neurones du noyau et de la coquille s'influencent mutuellement en fonction des entrées de chaque zone, augmentant le rythme respiratoire lorsque nous avons mal ou que nous sommes anxieux.

Source: Institut Salk

Vous êtes surpris par un son menaçant et votre respiration s'accélère ; vous vous fracassez le coude et haletez de douleur. La raison pour laquelle le rythme respiratoire d'une personne augmente considérablement lorsqu'elle souffre ou est anxieuse n'était pas comprise auparavant.

Maintenant, une équipe de scientifiques de Salk a découvert un réseau neuronal dans le cerveau qui coordonne le rythme respiratoire avec les sentiments de douleur et de peur.

En plus des contributions aux domaines de la gestion de la douleur, des théories psychologiques de l'anxiété et des recherches philosophiques sur la nature de la douleur, leurs découvertes pourraient conduire au développement d'un analgésique qui empêcherait la dépression respiratoire induite par les opioïdes (OIRD), la respiration perturbée qui provoque décès par surdose.

Dans l'étude publiée le 17 décembre 2021 dans Neuron , le groupe Salk s'est concentré sur un groupe de neurones du tronc cérébral appelé noyau parabrachial latéral, qui est disposé dans une configuration noyau-coquille.

Ils ont découvert que les neurones du noyau projetaient sur l'amygdale, une zone du cerveau qui traite la peur et l'expérience émotionnelle de la douleur. Les neurones dans la coquille se projettent dans le complexe pré-Bötzinger, une région qui génère le rythme respiratoire. Les neurones du noyau et de la coquille s'influencent mutuellement en fonction des entrées de ces zones, nous faisant respirer plus rapidement lorsque nous ressentons de la douleur ou de l'anxiété.

"Nous sommes le premier groupe à démontrer comment le noyau parabrachial latéral coordonne la respiration et la douleur", déclare l'auteur principal de l'article, Sung Han, professeur adjoint aux laboratoires de la Fondation Clayton de Salk pour la biologie des peptides.

« En comprenant les circuits de cette région du cerveau, nous pourrons peut-être dissocier la régulation de la respiration et la régulation de la douleur pour développer un médicament qui inhibe les sensations de douleur sans réprimer la respiration, comme OIRD. »

Dans l'OIRD, les opioïdes répriment la respiration ainsi que la douleur ; c'est la principale cause de décès par opioïdes. Dans des travaux antérieurs, le laboratoire de Han a montré que les opiacés comme la morphine répriment la respiration en déclenchant des récepteurs spécifiques, appelés récepteurs opioïdes mu (MOR), conduisant à l'inhibition des neurones qui les expriment. Ils ont également montré que la réactivation des cellules qui expriment MOR peut inverser l'OIRD.

Le travail actuel suggère des approches supplémentaires pour prévenir l'OIRD, éventuellement en inhibant les neurones dans le noyau de la région (atténuer la peur/l'anxiété) tout en excitant des neurones similaires dans la coquille (soutenir la respiration).

Pour montrer comment ces neurones coordonnent la respiration avec la douleur et les émotions, les chercheurs ont d'abord utilisé des agents lumineux et chimiques pour prouver que la manipulation des neurones exprimant le MOR dans le noyau parabrachial latéral modifie le rythme respiratoire chez la souris. Ils ont ensuite utilisé des traceurs fluorescents pour cartographier les entrées et les sorties vers les neurones exprimant MOR.

Leurs résultats ont indiqué que les neurones regroupés au cœur de la région se projettent sur l'amygdale centrale, tandis que les neurones regroupés dans la coquille environnante se projettent sur le complexe pré-Bötzinger.

Les neurones de la coquille (vert) qui se projettent vers le centre respiratoire et les neurones centraux (rouge) qui se projettent vers le centre de la douleur/des émotions. Crédit : Institut Salk

Les enregistrements électrophysiologiques d'une population tout en stimulant l'autre population ont révélé que certaines de ces sous-populations sont réciproquement connectées, avec un réseau excitateur entre elles. Via ce réseau, les signaux de peur et de douleur étaient coordonnés avec les rythmes respiratoires.

«Nous avons trouvé des circuits très complexes impliquant des entrées en amont et en aval de ces neurones. En découvrant ce mécanisme de circuit, nous pouvons mieux expliquer pourquoi la respiration peut souvent être coordonnée avec la douleur et l'anxiété », explique le premier auteur Shijia Liu, un étudiant diplômé du laboratoire de Han.

Han est impatient de voir la découverte de l'équipe avoir une application translationnelle. « Le plus gros problème de nos jours est que les opioïdes réduisent la douleur mais également la respiration, ce qui fait que les gens meurent », explique Han, titulaire de la Chaire Pioneer Fund Development. « En comprenant ces deux mécanismes dans notre recherche, nous pouvons peut-être manipuler certaines populations de neurones par intervention pharmacologique afin de pouvoir contrôler la douleur sans modifier la respiration. »

Le groupe de Han travaille actuellement sur des analyses génétiques de la population centrale et de la coquille pour identifier des marqueurs fonctionnels qui régulent spécifiquement la douleur ou la respiration.

Les autres auteurs de l'étude sont Mao Ye, Gerald M. Pao, Jinho Jhang, Jonghyun Kim, Sukjae Joshua Kang, Dong-Il Kim of Salk ; et Samuel Myeongsup Song et Haibei Jiang de l'Université de Californie à San Diego.

À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences

Auteur : Salk Communications
Source : Salk Institute
Contact : Salk Communications – Salk Institute
Image : L'image est créditée au Salk Institute

Recherche originale : Accès fermé.
« Voies opioïdes du tronc cérébral divergentes qui coordonnent la respiration avec la douleur et les émotions » par Sung Han et al. Neurone

Résumé

Voies opioïdes du tronc cérébral divergentes qui coordonnent la respiration avec la douleur et les émotions

Points forts

• Les neurones PBL ^Oprm1 régulent la respiration, la douleur affective et l'anxiété chez la souris
• Les neurones PBL ^Oprm1 constituent des sous-populations de noyau et d'enveloppe définies par projection
• Les neurones PBL ^Oprm1 core et shell régulent différemment la respiration, la douleur et l'anxiété
• Les neurones core et shell PBL ^Oprm1 forment un réseau excitateur récurrent local

Résumé

La respiration peut être fortement influencée par la douleur ou les états émotionnels internes, mais les circuits neuronaux sous-jacents à cette coordination étroite sont inconnus. Nous rapportons ici que les neurones exprimant Oprm1 (récepteur μ-opioïde) dans le noyau parabrachial latéral (PBL) sont cruciaux pour coordonner la respiration avec la douleur affective chez la souris.

L'activité neuronale de PBL ^Oprm1 individuelle se synchronise avec le rythme respiratoire et répond aux stimuli nocifs. La manipulation de l' activité PBL ^Oprm1 modifie directement la fréquence respiratoire, la perception de la douleur affective et l'anxiété. De plus, les neurones PBL ^Oprm1 constituent deux sous-populations distinctes dans une configuration « cœur-coquille » qui se projettent de manière divergente vers le cerveau antérieur et le cerveau postérieur.

Grâce à des projections non chevauchantes vers l'amygdale centrale et le complexe pré-Bötzinger, ces deux sous-populations régulent différemment la respiration, la douleur affective et les émotions négatives. De plus, ces sous-ensembles forment des réseaux excitateurs récurrents à travers des projections glutamatergiques réciproques.

Ensemble, nos données définissent les circuits opioïdes parabrachiaux divergents comme un substrat neuronal commun qui coordonne la respiration avec diverses sensations et comportements tels que la douleur et le traitement émotionnel.

Janvier 2022