Le premier atlas de la fonction des connexions cérébrales

Publié par Adrien le 13/10/2020 à 09:00
Source: CNRS INSB
Les scientifiques viennent de produire le tout premier atlas fonctionnel de la substance blanche cérébrale humaine, cartographiant plus de 500 fonctions cérébrales. Il s'agit d'un véritable renversement conceptuel dans la recherche en neurosciences humaines qui permettra d'étudier de nouvelles fonctions cérébrales sur la base de leur schéma de connexions. Ce sera également un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la...) médical précieux pour l'identification des lésions d'AVC et des interruptions des circuits fonctionnels qu'elles entraînent. Ce travail est publié dans la revue Nature Communications.


Coupes axiales de l'Atlas fonctionnel de la substance blanche cérébrale humaine.
@ Michel Thiebaut de Schotten

On appelle communément matière grise la couche externe (  Ne pas confondre couche de valence et valence) du cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du...) (ou cortex cérébral) dévolue aux fonctions cérébrales les plus intégrées, comme le sont les aptitudes visuo-spatiales, langagières ou encore mnésiques. Le cortex (En biologie, le cortex (mot latin signifiant écorce) désigne la couche superficielle ou périphérique d'un tissu organique.) cérébral est composé des corps cellulaires des neurones qui lui donnent cette coloration grisée. De la même façon qu'une bonne communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou...) entre individus est indispensable au bon fonctionnement d'une société, une bonne communication entre les régions corticales est essentielle au bon fonctionnement cérébral. Dans le cerveau, cette communication est assurée par les prolongements des neurones, les axones, qui se regroupent en faisceaux pour relier entre elles les différentes régions cérébrales, sur des longueurs pouvant atteindre parfois plus de 20 cm. Véritables canaux de communication, en reliant les fonctions de plusieurs régions cérébrales, ces faisceaux de substance blanche permettent de créer de nouvelles fonctions, plus élaborées ou plus complexes, de la même façon que l'assemblage des syllabes détermine le sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive allant du ralentissement...) précis d'un mot.

Longtemps la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) en neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux que...) humaines s'est focalisée sur l'étude des fonctions cérébrales associées aux régions corticales. Les techniques d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression...) cérébrale développées dans les années 1990, comme l'IRM fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui en prennent d'autres en argument. Aujourd'hui, le terme a été étendu, et il...) par exemple, ont permis de cartographier les fonctions cérébrales (langage, logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la fois raison, langage, et...), mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.)...) à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement...) du cortex. Mais on voit bien les limites de ces techniques qui ne permettent pas d'appréhender les relations existantes entre différentes régions corticales pour une même fonction. Avec l'avènement de nouvelles techniques d'imagerie permettant de modéliser les faisceaux de substance blanche (depuis une vingtaine d'années environ), les neurosciences sont entrées dans une nouvelle ère (Une nouvelle ère (1/2) et Une nouvelle ère (2/2) sont des épisodes de la série télévisée Stargate Atlantis. Ce sont les deux premiers épisodes de la série (et donc de la saison 1)....) où le support anatomique des fonctions cérébrales n'est plus seulement envisagé comme un éparpillement de régions à la surface du cerveau, mais bien comme un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un...) de régions interconnectées et communicant entre elles.

Cette étude, en se basant sur la plus grande collection de cerveaux lésés par un AVC (1333 patients) combinée à la base de méta-analyses la plus complète en neuroimagerie (Neurosynth) et la meilleure cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données sur un support...) actuelle de substance blanche dérivée (La dérivée d'une fonction est le moyen de déterminer combien cette fonction varie quand la quantité dont elle dépend, son argument, change. Plus précisément, une dérivée...) du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...) "Human Connectome 7T", a permis de produire le tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) premier atlas fonctionnel de la substance blanche, qui cartographie à lui seul plus de 500 fonctions différentes dans le cerveau. Il s'agit d'un véritable renversement conceptuel et épistémologique en neurosciences humaines puisque les fonctions cérébrales ne sont plus définies a priori et recherchées dans le seul cortex cérébral, mais elles émergent désormais de l'analyse approfondie des réseaux de substance blanche conçus comme des territoires fonctionnels définis par leur schéma de connexions.

En se plaçant à l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de...) de la recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des travaux. On oppose en général la recherche fondamentale à la recherche appliquée....) et de la recherche médicale (La recherche médicale se divise en recherche fondamentale et clinique.), cet atlas promet d'être un outil incontournable pour explorer de nouvelles fonctions cérébrales et leurs circuits ainsi que pour identifier les lésions d'AVC typiques qui interrompent les circuits de substance blanche pour des réseaux d'activation (Activation peut faire référence à :) fonctionnels donnés.

Pour en savoir plus:
Brain disconnections link structural connectivity with function and behaviour
Thiebaut de Schotten M, FoulonC, Nachev P.
Nature Communications 9 Oct 2020. https://doi.org/10.1038/s41467-020-18920-9.
BCBtoolkit

Laboratoire:
Brain Connectivity and Behaviour Laboratory (BCBLab) - Groupe d'Imagerie Neurofonctionnelle (GIN)
Institut des Maladies Neurodégénératives (IMN) - (CNRS/Inserm/Université de Bordeaux)
Bâtiment Neurocampus, 146 Rue (La rue est un espace de circulation dans la ville qui dessert les logements et les lieux d'activité économique. Elle met en relation et structure les différents quartiers, s'inscrivant de ce fait dans un...) Léo Saignat, 33000 Bordeaux.
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