Pourquoi le cerveau consomme-t-il 20% de l'énergie du corps pour 2% de sa masse ?

Publié par Isabelle le 06/10/2021 à 13:00
Source: CEA

(c)da-kuk
Démêler les composantes neuronales et vasculaires du signal BOLD pour une visualisation plus fine de l'activité cérébrale

Des chercheurs du CEA-Joliot et leurs partenaires mettent à la disposition de la communauté scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son...) logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements...) permettant d'accéder à une connaissance plus précise de l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) neuronale à partir de données d'IRM fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions....) classique.

Le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite...) ne représente que 2 % de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) corporelle mais consomme près de 20 % de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) disponible, chez une personne au repos. Il est doté d'une faible capacité de stockage de l'énergie et, de ce fait, il est fortement dépendant de l'apport du flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) sanguin en oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de...) et nutriments. Ce flux est régulé très finement de manière à coller au plus près des besoins des neurones. Ainsi, quand ceux-ci sont activés, le flux sanguin augmente de près de 5 % avec quelques secondes de retard. Ce "couplage neuro-vasculaire" permet à l'IRM fonctionnelle (IRMf) de "voir le cerveau penser".

L'IRMf la plus utilisée repose sur le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) BOLD (Blood-Oxygen-Level Dependent), qui en première approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de...) reflète la variation du taux d'oxygène dans le sang (Le sang est un tissu conjonctif liquide formé de populations cellulaires libres, dont le...). Celui-ci permet de remonter à l'activité neuronale via "la fonction de réponse hémodynamique", considérée comme linéaire et invariante au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...). En neuroscience, les expériences d'IRMf utilisent le plus souvent des modèles décrivant le signal BOLD attendu pour une tâche donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...), en excluant l'état de repos.

En réalité, le couplage neuro-vasculaire varie d'un individu (Le Wiktionnaire est un projet de dictionnaire libre et gratuit similaire à Wikipédia (tous deux...) à l'autre et d'une région cérébrale à l'autre et peut être modifié pour un état de santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste...) dégradé.

Des chercheurs de Joliot proposent une méthode rapide de déconvolution du signal BOLD qui permet de "démêler" le couplage hémodynamique, l'activité neuronale et les régions cérébrales impliquées, y compris pour des données IRMf acquises sur un cerveau au repos.

À l'échelle d'un individu, ils identifient les principaux réseaux fonctionnels cérébraux de repos et leur dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) neurale. À l'échelle de 48 individus de la cohorte UK Biobank, ils définissent un indice de variabilité hémodynamique inter-hémisphérique leur permettant de repérer les patients ayant subi un accident vasculaire cérébral (Un accident vasculaire cérébral (AVC), parfois appelé « attaque...). De plus, en s'appuyant sur deux groupes d'âges différents (64-70 ans et 40-44 ans) de 459 individus au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...), ils montrent qu'un délai (Un délai est d'après le Wiktionnaire, « un temps accordé pour faire une...) hémodynamique allongé est un bon marqueur du vieillissement (La notion de vieillissement décrit une ou plusieurs modifications fonctionnelles diminuant...) cérébral (avec une précision de 75 %).

Leur méthode s'applique également à la neuropharmacologie. Dans une étude en cours sur un opiacé (Les opiacés sont des substances dérivées (au sens large) de l'opium et agissant sur...) prescrit dans la prise en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) de la douleur (La douleur est la sensation ressentie par un organisme dont le système nerveux détecte un...) (buprénorphine), les chercheurs mettent en évidence un ralentissement (Le signal de ralentissement (de type SNCF) annonce une aiguille (ou plusieurs) en position déviée...) hémodynamique significatif dans les régions cérébrales riches en récepteurs aux opioïdes mu (µ) telles que le cortex (En biologie, le cortex (mot latin signifiant écorce) désigne la couche superficielle ou...) cingulaire, l'insula, le striatum et le thalamus. Une piste pour mieux comprendre la variabilité des effets des opiacés d'un individu à l'autre.

Ces travaux ont été menés en collaboration entre deux équipes du CEA-Joliot (NeuroSpin et le Service hospitalier Joliot-Curie) et l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) d'Édimbourg (Écosse).
Accéder au logiciel en open source hemolearn.
Pour en savoir plus.

Références:
Multivariate semi-blind deconvolution of fMRI time series, NeuroImage
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.058 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique