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Une « ère dorée » pour étudier le cerveau | Nouvelles du MIT

En tant qu’étudiant de premier cycle, Mitch Murdock était une rare double majeure en sciences humaines, spécialisée à la fois en anglais et en biologie moléculaire, cellulaire et du développement à l’Université de Yale. Aujourd’hui, en tant que doctorant au département des sciences cérébrales et cognitives du MIT, il voit des façons évidentes dont son éducation en anglais a élargi ses horizons en tant que neuroscientifique.

“L’une de mes parties préférées de l’anglais était d’essayer d’explorer l’intériorité et la façon dont les gens ont des expériences vraiment compliquées dans leur tête”, explique Murdock. “J’étais ravi d’essayer de combler ce fossé entre les expériences internes du monde et ce substrat biologique réel du cerveau.”

Bien qu’il puisse voir ces liens maintenant, ce n’est qu’après Yale que Murdock s’est intéressé aux sciences du cerveau. En tant qu’étudiant de premier cycle, il était dans un laboratoire de biologie moléculaire traditionnelle. Il prévoyait même d’y rester après l’obtention de son diplôme de technicien de recherche ; Heureusement, cependant, il dit que son conseiller Ron Breaker l’a encouragé à explorer le domaine. C’est ainsi que Murdock s’est retrouvé dans un nouveau laboratoire dirigé par Conor Liston, professeur agrégé à Weill Cornell Medicine, qui étudie comment des facteurs tels que le stress et le sommeil régulent la modélisation des circuits cérébraux.

C’est dans le laboratoire de Liston que Murdock a été exposé pour la première fois aux neurosciences et a commencé à voir le cerveau comme la base biologique des questions philosophiques sur l’expérience et l’émotion qui l’intéressaient. “C’était vraiment dans son laboratoire où je me suis dit : ‘Wow, c’est tellement cool. Je dois faire un doctorat en neurosciences », rit Murdock.

Pendant son temps en tant que technicien de recherche, Murdock a examiné l’impact du stress chronique sur l’activité cérébrale chez la souris. Plus précisément, il s’est intéressé à la kétamine, un antidépresseur à action rapide susceptible d’être abusé, dans l’espoir qu’une meilleure compréhension du fonctionnement de la kétamine aidera les scientifiques à trouver des alternatives plus sûres. Il s’est concentré sur les épines dendritiques, de petits organites attachés aux neurones qui aident à transmettre les signaux électriques entre les neurones et fournissent le substrat physique pour le stockage de la mémoire. Ses découvertes, explique Murdock, suggèrent que la kétamine agit en récupérant les épines dendritiques qui peuvent être perdues après des périodes de stress chronique.

Après trois ans à Weill Cornell, Murdock a décidé de poursuivre des études doctorales en neurosciences, dans l’espoir de poursuivre une partie du travail qu’il avait commencé avec Liston. Il a choisi le MIT en raison des recherches menées sur les épines dendritiques dans le laboratoire d’Elly Nedivi, professeur William R. (1964) et Linda R. Young de neurosciences à l’Institut Picower pour l’apprentissage et la mémoire.

Une fois de plus, cependant, l’opportunité d’explorer un plus large éventail d’intérêts a fortuitement conduit Murdock à une nouvelle passion. Au cours des rotations de laboratoire au début de son programme de doctorat, Murdock a passé du temps à observer un médecin du Massachusetts General Hospital qui travaillait avec des patients atteints de la maladie d’Alzheimer.

« Tout le monde sait que la maladie d’Alzheimer est incurable. Mais j’ai réalisé que, vraiment, si vous avez la maladie d’Alzheimer, il y a très peu de choses à faire », dit-il. “Cela a été un grand signal d’alarme pour moi.”

Après cette expérience, Murdock a stratégiquement planifié ses rotations de laboratoire restantes, s’installant finalement dans le laboratoire de Li-Huei Tsai, professeur Picower de neurosciences et directeur de l’Institut Picower. Au cours des cinq dernières années, Murdock a travaillé avec Tsai sur divers volets de la recherche sur la maladie d’Alzheimer.

Dans un projet, par exemple, des membres du laboratoire Tsai ont montré comment certains types de stimulations lumineuses et sonores non invasives induisent une activité cérébrale qui peut améliorer la perte de mémoire chez des modèles murins de la maladie d’Alzheimer. Les scientifiques pensent que, pendant le sommeil, de petits mouvements dans les vaisseaux sanguins entraînent le liquide céphalo-rachidien dans le cerveau, qui, à son tour, élimine les déchets métaboliques toxiques. Les recherches de Murdock suggèrent que certains types de stimulation pourraient entraîner un processus similaire, éliminant les déchets qui peuvent exacerber la perte de mémoire.

Une grande partie de son travail est axée sur l’activité des cellules individuelles dans le cerveau. Certains neurones ou types de neurones sont-ils génétiquement prédisposés à dégénérer, ou se décomposent-ils au hasard ? Pourquoi certains sous-types de cellules semblent-ils dysfonctionnels plus tôt au cours de la maladie d’Alzheimer ? Comment les modifications du flux sanguin dans les cellules vasculaires affectent-elles la dégénérescence ? Toutes ces questions, croit Murdock, aideront les scientifiques à mieux comprendre les causes de la maladie d’Alzheimer, ce qui se traduira éventuellement par le développement de remèdes et de thérapies.

Pour répondre à ces questions, Murdock s’appuie sur de nouvelles techniques de séquençage unicellulaire qui, selon lui, ont changé notre façon de penser au cerveau. “Cela a été une grande avancée pour le domaine, car nous savons qu’il existe de nombreux types de cellules différentes dans le cerveau, et nous pensons qu’elles pourraient contribuer différemment au risque de maladie d’Alzheimer”, déclare Murdock. “Nous ne pouvons pas penser que le cerveau ne concerne que les neurones.”

Murdock dit que ce type d’approche “globale” – considérer le cerveau comme une compilation de nombreux types de cellules différents qui interagissent tous – est le principe central de sa recherche. Pour examiner le cerveau avec le genre de détails requis par cette approche, Murdock travaille avec Ed Boyden, professeur Y. Eva Tan en neurotechnologie, professeur d’ingénierie biologique et de sciences cérébrales et cognitives au MIT, chercheur à l’Institut médical Howard Hughes, et membre de l’Institut McGovern du MIT pour la recherche sur le cerveau et de l’Institut Koch pour la recherche intégrative sur le cancer. Travailler avec Boyden a permis à Murdock d’utiliser de nouvelles technologies telles que la microscopie à expansion et des capteurs génétiquement codés pour faciliter ses recherches.

Ce type de nouvelle technologie, ajoute-t-il, a contribué à faire exploser le champ. “C’est une période tellement cool pour être un neuroscientifique parce que les outils disponibles maintenant en font une ère dorée pour étudier le cerveau.” Cette expansion intellectuelle rapide s’applique également à l’étude de la maladie d’Alzheimer, y compris les liens nouvellement compris entre le système immunitaire et la maladie d’Alzheimer – un domaine dans lequel Murdock dit qu’il espère continuer après l’obtention de son diplôme.

En ce moment, cependant, Murdock se concentre sur un article de synthèse synthétisant certaines des dernières recherches. Compte tenu des montagnes de nouveaux travaux sur la maladie d’Alzheimer qui sortent chaque année, il admet que synthétiser toutes les données est un peu “fou”, mais il ne pourrait pas être plus heureux d’être au milieu de cela. “Il y a tellement de choses que nous apprenons sur le cerveau grâce à ces nouvelles techniques, et c’est tellement excitant.”

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