Les chercheurs déterminent la quantité d’oxygène dont le cerveau a besoin

Le cerveau a une forte demande énergétique et réagit de manière très sensible à la carence en oxygène. Les neurobiologistes du LMU ont réussi pour la première fois à corréler directement la consommation d’oxygène avec l’activité de certaines cellules nerveuses.

Le cerveau a besoin d’une quantité d’énergie disproportionnée par rapport à sa masse corporelle. Cette énergie est principalement générée par des processus métaboliques aérobies qui consomment des quantités considérables d’oxygène. Par conséquent, les concentrations d’oxygène dans le cerveau sont un paramètre important qui influence la fonction des cellules nerveuses et des cellules gliales. Cependant, la quantité d’oxygène consommée dans le cerveau et sa relation avec l’activité neuronale étaient jusqu’à présent largement inconnues. Les neurobiologistes LMU Hans Straka, Suzan Özugur et Lars Kunz ont réussi pour la première fois à mesurer directement cela dans le cerveau intact et à le corréler avec l’activité des cellules nerveuses. Les scientifiques rendent compte de leurs résultats dans la revue BMC Biology.

Dans un modèle animal déjà établi – les têtards de la grenouille à griffes Xenopus laevis – les scientifiques ont utilisé des capteurs électrochimiques pour déterminer la concentration d’oxygène dans le cerveau et dans l’un des ventricules cérébraux. Ils ont pu contrôler spécifiquement la quantité d’oxygène disponible pour le cerveau et inhiber l’activité des cellules nerveuses à l’aide de substances pharmacologiques. En utilisant l’exemple des cellules nerveuses qui contrôlent les mouvements oculaires, les scientifiques ont réussi à enregistrer directement la relation entre la consommation d’oxygène et l’activité des cellules nerveuses.

« Nous avons constaté que le cerveau est anoxique dans un environnement normal saturé d’air, ce qui signifie qu’aucun oxygène ne peut être mesuré », explique Straka. L’oxygène complet a donc été immédiatement utilisé par les cellules pour synthétiser des substances riches en énergie. Si plus de deux fois la concentration d’oxygène atmosphérique était disponible, le métabolisme énergétique était saturé et l’oxygène était abondamment présent dans le cerveau.

«Nous avons également pu montrer qu’en fonctionnement normal, seulement environ 50% de l’oxygène est utilisé pour l’activité des cellules nerveuses», explique Straka. « Donc, les 50 pour cent restants sont nécessaires pour les cellules gliales et pour maintenir le taux métabolique de base des cellules nerveuses. Cependant, les cellules nerveuses avec une activité accrue consomment plus d’oxygène. »

Afin de mieux comprendre comment l’information est traitée dans le cerveau, la connaissance de la relation entre la disponibilité de l’oxygène et l’activité cérébrale est essentielle. Les résultats des scientifiques fournissent un aperçu initial de cela et constituent une base importante pour de nouvelles recherches sur l’équilibre énergétique du cerveau dans de futures expériences et pour mesurer la consommation d’oxygène pour diverses fonctions des cellules nerveuses. Cela pourrait également être pertinent d’un point de vue médical, par exemple pour mieux comprendre les conséquences d’une carence en oxygène dans le cerveau ou pour mieux interpréter les informations sur l’activité cérébrale obtenues avec les techniques d’imagerie.