Étudier les altérations neuronales dans les troubles psychotiques par électroencéphalographie et sphéroïdes corticaux

Plonger aux racines des troubles mentaux graves

La schizophrénie et le trouble bipolaire peuvent bouleverser de façon profonde la pensée, les émotions et la vie quotidienne des personnes, et pourtant les dysfonctionnements biologiques qui sous-tendent ces maladies restent en grande partie à élucider. Cette étude combine deux outils puissants — des enregistrements d’activité cérébrale chez des adultes vivants et de petits « mini-cerveaux » cultivés en laboratoire à partir de leurs propres cellules — pour explorer ce qui dysfonctionne aux niveaux des connexions entre cellules nerveuses et comment ces problèmes pourraient apparaître très tôt dans le développement.

Comment les ondes cérébrales révèlent des connexions fragiles

Les chercheurs ont d’abord enregistré l’activité électrique du cuir chevelu par électroencéphalographie (EEG) chez dix personnes atteintes de schizophrénie ou de trouble bipolaire et cinq volontaires sains. Ils se sont concentrés sur une réponse appelée plasticité de type potentialisation à long terme (LTP-like), qui reflète la capacité du cerveau à renforcer ses réponses à une stimulation visuelle répétée, ingrédient de base de l’apprentissage et de la mémoire. Dans le groupe de patients, cette plasticité diminuait davantage avec le temps que chez les témoins sains, suggérant que leurs circuits cérébraux étaient moins aptes à « régler » leurs réponses. Un autre signal EEG, la négativité de discordance (mismatch negativity) — qui traduit la détection automatique de petits changements sonores par le cerveau — ne différait pas entre ces petits groupes dans cette étude, bien que des études plus larges trouvent souvent une réduction dans ces troubles. Ensemble, ces enregistrements indiquent que certaines formes d’adaptation synaptique sont affaiblies chez les personnes souffrant de troubles psychotiques.

Cultiver des mini-cerveaux à partir de cellules cutanées

Pour approfondir l’analyse, l’équipe a utilisé des sphéroïdes corticaux humains, souvent appelés mini-cerveaux. Ils ont reprogrammés des cellules cutanées de chaque participant en cellules souches, puis les ont guidées pour développer des amas tridimensionnels de tissu cérébral ressemblant au cortex fœtal. Ces sphéroïdes comportaient majoritairement des neurones excitateurs qui communiquent via le messager chimique glutamate. À l’aide de micro-électrodes en verre, les scientifiques ont mesuré la facilité avec laquelle ces cellules émettent des signaux électriques et transmettent des courants à leurs voisins. Les neurones provenant de personnes atteintes de trouble bipolaire nécessitaient une stimulation plus forte pour déclencher des décharges, indiquant une excitabilité réduite. Dans les sphéroïdes issus de personnes atteintes de schizophrénie, l’amplitude des signaux entrants spontanés était plus faible, suggérant des altérations précoces de la communication neuronale au sein du réseau.

Transport du glutamate affaibli et centrales énergétiques fatiguées

L’équipe a ensuite coloré les mini-cerveaux pour détecter des protéines clés. L’une d’elles, appelée VGLUT1, empaquette le glutamate dans de petits sacs libérés aux synapses. Les sphéroïdes dérivés de personnes atteintes de schizophrénie ou de trouble bipolaire présentaient moins de cellules riches en VGLUT1 par rapport aux témoins, ce qui pointe vers un déficit commun dans la machinerie qui charge le glutamate en vue de sa libération. Comme l’envoi de signaux consomme beaucoup d’énergie, les chercheurs ont aussi examiné les petites centrales énergétiques cellulaires — les mitochondries — en mesurant la consommation d’oxygène et la production d’acide dans des tranches de sphéroïdes. Les mini-cerveaux de patients bipolaires, en particulier ceux qui répondent mal au lithium, présentaient une consommation d’oxygène basale plus faible, signe d’une activité mitochondriale réduite, tandis que ceux issus de personnes atteintes de schizophrénie montraient des mesures énergétiques relativement normales dans cet échantillon limité.

Relier signaux cérébraux et énergie cellulaire

Enfin, les scientifiques se sont demandé si les différences observées dans les ondes cérébrales étaient en rapport avec celles des mini-cerveaux cultivés à partir des mêmes individus. Globalement, les participants dont les EEG montraient une plasticité de type LTP-plus marquée avaient tendance à posséder des mini-cerveaux avec une respiration mitochondriale basale plus élevée, c’est-à-dire une production d’énergie plus active. Il y avait aussi un indice que des niveaux plus élevés de VGLUT1 allaient de pair avec une meilleure plasticité. Bien que ces tendances n’aient pas atteint des seuils statistiques stricts une fois les comparaisons multiples prises en compte, elles soutiennent l’idée que le renforcement synaptique sain dépend d’une fonction mitochondriale robuste et d’une gestion intacte du glutamate, et que ces relations peuvent déjà être altérées tôt dans le développement chez les personnes qui développeront ensuite une psychose.

Ce que cela signifie pour la compréhension de la psychose

Pour un public non spécialiste, le message de ce travail est que des maladies mentales graves comme la schizophrénie et le trouble bipolaire peuvent partager des défaillances précoces communes dans la façon dont les cellules cérébrales communiquent et alimentent leur activité. Les mini-cerveaux suggèrent que, longtemps avant l’apparition des symptômes, certains neurones peuvent libérer moins de glutamate et fonctionner avec des ressources énergétiques moins efficaces, tandis que les enregistrements EEG montrent que la capacité du cerveau adulte à affiner ses réponses est affaiblie. Bien que l’étude soit de petite taille et que le tissu cultivé en laboratoire ressemble encore davantage à un cerveau en développement qu’à un cerveau mature, la combinaison d’enregistrements cérébraux à l’état vivant et de mini-cerveaux personnalisés offre une fenêtre prometteuse sur les racines de la psychose et pourrait, à terme, guider des traitements plus ciblés visant à restaurer la fonction synaptique et l’énergie cellulaire.

Citation: Reis de Assis, D., Pentz, A.B., Requena Osete, J. et al. Investigating neural impairments in psychotic disorders using electroencephalography and cortical spheroids. Transl Psychiatry 16, 114 (2026). https://doi.org/10.1038/s41398-026-03863-4

Mots-clés: schizophrénie, trouble bipolaire, organoïdes cérébraux, plasticité synaptique, mitochondries