La plasticité du système nerveux central (SNC) en réponse à l'activité neuronale a été suggérée dès 1894 par Cajal. De nombreuses maladies neurodégénératives et neurologiques sont caractérisées par un dysfonctionnement du système neuro-immunitaire, par conséquent, la manipulation de ce système a un fort potentiel thérapeutique.
Par exemple, chez l'homme, un lien entre l'activité neuronale et l'ajout de nouvelles gaines de myéline dans le SNC adulte a été démontré par des études sur des sujets sains effectuant des tâches motrices et de mémoire.
Les astrocytes peuvent favoriser davantage les réponses pro-inflammatoires, recruter des cellules immunitaires à travers la barrière hémato-encéphalique et moduler le nombre de cellules microgliales activées.
Les cytokines, qui sont des protéines de signalisation extracellulaires du système immunitaire, assurent la communication entre les neurones, les astrocytes et les cellules immunitaires.
Des travaux antérieurs ont montré que l'exposition de souris à des lumières clignotant à 40 Hz, conduit à une activité neuronale à une fréquence gamma (∼40 Hz) et au recrutement de microglies, qui sont les principales cellules immunitaires du cerveau.
Cependant, les mécanismes de signalisation biochimique entre l'activité neuronale à 40 Hz et le recrutement immunitaire restent inconnus. Ici, les scientifiques ont exposé des souris mâles de type sauvage à 5–60 min de 40 Hz, contrôlé le scintillement et évalué les réseaux de cytokines et de phosphoprotéines connues pour jouer un rôle dans la fonction immunitaire. L'exposition de souris à des bandes LED clignotant à 40 Hz est connue pour induire une activité neuronale gamma.
Ces scientifiques ont découvert que le scintillement à 40 Hz entraîne une augmentation de l'expression des cytokines qui favorisent les états microgliaux phagocytaires, tels que l'IL-6 et l'IL-4, et une expression accrue des chimiokines microgliales. Fait intéressant, les effets des cytokines diffèrent selon la fréquence de la stimulation, révélant une gamme d'effets neuro-immunitaires.
Les scientifiques ont découvert que le scintillement à 40 Hz régule NF-κB et MAPK.
La phospho-signalisation dans la voie NF-κB a été significativement régulée à la hausse après 15 min, mais pas 5 ou 60 min, de 40 Hz par rapport au scintillement aléatoire.
Alors que les profils de phosphorylation de MAPK étaient similaires à ceux de NF-κB, ils avaient une cinétique différente. La phospho-signalisation MAPK était significativement différente entre 40 Hz et les groupes aléatoires après 60 min de scintillement mais pas après 5 ou 15 min.
Ces résultats sont les premiers, à la connaissance des chercheurs, à montrer comment la stimulation visuelle induit rapidement une signalisation neuro-immune critique chez des animaux en bonne santé. Différentes formes de stimulation visuelle ont induit des profils de cytokines uniques. Ainsi, la stimulation par scintillement peut être utilisée pour manipuler rapidement et de manière non invasive la signalisation et l'expression de gènes régulants l'activité immunitaire neuronale. Il est important de noter que tous les chercheurs ont effectué leurs analyses sur des animaux de type sauvage.
